紫外LED高反电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及光电材料与器件领域，特别是涉及一种紫外LED高反电极及其制备方法与应用。本发明专利技术通过采用功函数大于等于4.6eV的金属作为欧姆接触层，同时将金属欧姆接触层图形化，并将图形化率控制在5％～40％内，保证了电极的光学性能，且不会影响金属铝反射层与LED芯片层的欧姆接触。本发明专利技术提供的方案平衡了紫外LED高反电极对电学性能和光学性能的需求，避免现有技术中为改善光学性能需要将金属欧姆接触层做得尽可能薄带来的低良品率、较差的可控性以及器件开启电压的升高，同时在光学性能上较现有技术有明显的提升。此外，由于欧姆接触层仅部分覆盖高功函金属，较全覆盖的现有方案减少了高功函金属的用量，减少了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
紫外LED高反电极及其制备方法与应用
本专利技术涉及光电材料与器件领域，特别是涉及一种紫外LED高反电极及其制备方法与应用。
技术介绍
紫外LED由于存在P型GaN接触层和金属电极对紫外光的强烈吸收效应，目前业内普遍采用背面出光的设计。经估算，在P型层和N型层中间的有源层(量子阱)产生的光子，约有1/3会到达N型层，其中部分顺利出射，被成功提取，另外1/3的光达到P型层，会完全被P-GaN接触层和P型电极吸收。为了和P型层形成良好的欧姆接触，降低器件开启电压，通常采用Ni/Au叠层结构作为P型电极。Ni/Au电极对于紫外光反射率较低，仅50nm厚，即可全部吸收300nm以下的深紫外光。所以，采用对紫外光有较高反射率的电极，可以将部分达到P型层的光向衬底方向反射到N型层，进而被顺利提取出器件之外，对于提高器件的外量子效率至关重要。金属铝在紫外光波段具有较高的反射率(约92％)，但是铝的功函数仅有4.3eV，而P-GaN的功函数约6.5eV，金属铝直接和P型接触会产生较高的势垒，难以形成良好的欧姆接触，对于器件的I-V特性以及稳定性都会产生影响。现有技术中，有报道采用超薄镍做接触金属，改善接触性能，然后覆盖较厚的金属铝做反射镜，由于金属镍对紫外光的吸收，这种结构的Ni/Al电极，反射率会有所下降(约68％)。虽然能起到一定的反射作用，但是由于镍较薄，可控性较差，良率较低，且器件的开启电压很高，不适合商用。另外也有人报道采用金属铑作为高反电极，虽然能够和P型层形成良好的欧姆接触，但是其紫外反射率只有约68％，且金属铑熔点高达2237K，沉积难度较大。其价格昂贵，不适合大规模用于商用芯片。还有人报道采用金属1nm超薄镍和200nm金属镁叠层结构作为紫外LED的高反电极，虽然其反射率能达到88％，但是其工作电压比Ni/Au电极的LED高3V～5V。另外，金属镁也是一种活泼金属，很容易和空气中的氧气反应，影响器件的寿命和性能。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种对紫外光反射率高，且能与P型氮化物形成良好的欧姆接触，工作及开启电压低，具备较优电学特性和稳定性的紫外LED高反电极及其制备方法与应用。本专利技术的一个方面，提供了一种紫外LED高反电极，其包括依次设置的LED芯片层、金属欧姆接触层和铝反射层；所述基底层为紫外LED外延片的顶部P型掺杂层，所述金属欧姆接触层为功函数大于等于4.6eV的金属材质的图形化层，所述金属欧姆接触层的正投影面积为所述LED芯片层正投影面积的5％～40％。本专利技术通过采用功函数大于等于4.6eV的金属作为金属欧姆接触层，同时，将金属欧姆接触层图形化，并将金属欧姆接触层的正投影面积占LED芯片层正投影面积的百分比控制在5％～40％内，使得未覆盖高功函金属的部分可以顺利透光，减少了高功函金属对紫外光的吸收，提高了紫外LED高反电极的光学性能，且不会影响金属铝反射层与LED芯片层的欧姆接触，保证了紫外LED高反电极的电学性能和稳定性。本专利技术提供的方案很好地平衡了紫外LED高反电极对电学性能和光学性能的需求，避免了现有技术中为改善光学性能需要将金属欧姆接触层做得尽可能薄带来的低良品率、较差的可控性以及器件开启电压的升高的问题，同时在光学性能上较现有技术有明显的提升，对310nm波长紫外光，利用本专利技术的紫外LED高反电极制备的器件的最大发光强度从现有技术的1.0×106显著上升至1.25×106，提升比例达25％。同时，由于金属欧姆接触层仅部分覆盖高功函金属，较全覆盖的现有方案减少了高功函金属的用量，对于铂、钯、铍、金等贵金属制备的电极大大减少了生产成本，这使得本专利技术具备良好的商业前景。在其中一个实施例中，所述功函数大于等于4.6eV的金属为镍、铬、铂、钯、铍、金中的至少一种。在其中一个实施例中，所述金属欧姆接触层的厚度为5nm～50nm。在其中一个实施例中，所述铝反射层的厚度为50nm～1μm。在其中一个实施例中，所述图形化层为实心圆点排布，所述实心圆点的直径为50nm～1μm，相邻所述实心圆点的圆心距为100nm～12μm。在其中一个实施例中，所述图形化层为紧密排列的圆点状镂空网，镂空圆点的直径为100nm～10μm。本专利技术的另一方面，还提供了一种前述紫外LED高反电极的制备方法，包括以下步骤：提供顶部外延层为P型掺杂层的紫外LED外延片，在所述P型掺杂层上覆盖图形化的光刻胶，然后在P型掺杂层上未覆盖光刻胶的部分沉积功函数大于等于4.6eV的金属，沉积完成后去除光刻胶，并均匀覆盖一层金属铝作为反射层。本专利技术的又一方面，还提供了另一种前述紫外LED高反电极的制备方法，包括以下步骤：提供顶部外延层为P型掺杂层的紫外LED外延片，在所述P型掺杂层上排布单层纳米微球，然后在相近纳米微球间的空隙、以及纳米微球与P型掺杂层间的空隙中沉积功函数大于等于4.6eV的金属，沉积完成后去除纳米微球，并均匀覆盖一层金属铝作为反射层。在其中一个实施例中，所述纳米微球的材质为二氧化硅、聚苯乙烯或石墨中的至少一种。本专利技术还提供了第三种前述紫外LED高反电极的制备方法，包括以下步骤：提供顶部外延层为P型掺杂层的紫外LED外延片，在所述P型掺杂层上直接沉积功函数大于等于4.6eV的金属，沉积完成后在惰性气氛下进行退火，得到岛状分布的金属团簇，然后均匀覆盖一层金属铝作为反射层。在其中一个实施例中，所述惰性气氛由氮气或氩气提供，所述退火温度为600℃～1000℃，所述退火时间为5min～60min。本专利技术还提供了一种紫外LED，包括前述紫外LED高反电极。附图说明图1为实施例2制备的高反电极EL发光强度对比图；图2为实施例2制备过程中在外延片上留下的镍；图3为实施例3制备过程中退火后在外延片上留下的岛状金属团簇。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术的一个方面，提供了一种紫外LED高反电极，其包括依次设置的L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外LED高反电极，其特征在于，包括依次设置的LED芯片层、金属欧姆接触层和铝反射层；所述LED芯片层为紫外LED外延片的顶部P型掺杂层，所述金属欧姆接触层为功函数大于等于4.6eV的金属材质的图形化层，所述金属欧姆接触层的正投影面积为所述LED芯片层正投影面积的5％～40％。/n

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED高反电极，其特征在于，包括依次设置的LED芯片层、金属欧姆接触层和铝反射层；所述LED芯片层为紫外LED外延片的顶部P型掺杂层，所述金属欧姆接触层为功函数大于等于4.6eV的金属材质的图形化层，所述金属欧姆接触层的正投影面积为所述LED芯片层正投影面积的5％～40％。


2.根据权利要求1所述的紫外LED高反电极，其特征在于，所述功函数大于等于4.6eV的金属为镍、铬、铂、钯、铍、金中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的紫外LED高反电极，其特征在于，所述金属欧姆接触层的厚度为5nm～50nm。


4.根据权利要求1所述的紫外LED高反电极，其特征在于，所述铝反射层的厚度为50nm～1μm。


5.根据权利要求1～4任一项所述的紫外LED高反电极，其特征在于，所述图形化层为实心圆点排布，所述实心圆点的直径为50nm～1μm，相邻所述实心圆点的圆心距为100nm～12μm。


6.根据权利要求1～4任一项所述的紫外LED高反电极，其特征在于，所述图形化层为紧密排列的圆点状镂空网，镂空圆点的直径为100nm～10μm。


7.根据权利要求1～6任一项所述的紫外LED高反电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供顶部外延层为P型掺杂层的紫外LED外延片，在所述P型掺杂层上覆盖图...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐厚强，蒋洁安，郭炜，叶继春，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33