一种GaN基LED高反电极制造技术

本发明专利技术涉及一种ＧａＮ基ＬＥＤ高反电极，属于光电子器件制造技术领域。该电极的结构从下到上包括掺杂Ｍｇ的、器件发出的光从该层到达高反电极层，然后经电极反射再从该层返回器件内部的半导体ＧａＮ基底层（１），欧姆接触层（６），高反镜（３），保护层（４）；其特征在于：所述的欧姆接触层（６）是位于基底层（１）与高反镜（３）之间的与基底直接接触的Ｎｉ和Ｍｇ金属固熔体层，在Ｎｉ和Ｍｇ金属固熔体层与高反镜之间是金属Ｐａ层（７）。在电极保护层与高反镜之间有连接层Ｔｉ层（８）。该电极实现了接触电阻低，光吸收小，光的输出功率和热可靠性提高的效果，且制作简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子器件制造
，特别是涉及一种带高反镜的发光二极管(LED)电极。
技术介绍
目前GaN基LED得以广泛的应用。在大功率高亮度LED应用上，人们普遍采用倒装结构即P型电极用作光高反射面，器件衬底面为光出射面的结构。P型电极技术目前还存在一些困难，其比接触电阻比较大。降低比接触电阻最有效的办法是对P型GaN进行掺杂。但P-GaN掺Mg的浓度不是很高，一般小于1×1018cm-3，且存在Mg容易形成H-Mg键，造成掺杂剂钝化现象，不利于降低比接触电阻(需加热退火打开H-Mg键)。而且找不到与P-GaN功函数(大于6.5eV)相匹配的金属(金属功函数都比P-GaN功函数低)。这就造成P型电极的比接触电阻比较高(一般大于10-6Ω·cm2)。电极比接触电阻越大，对延长器件寿命越不利。接触电阻越低产生的热量越少，P型高反电极热可靠性越高，所以接触电阻越低越好。另外接触电阻低的金属电极光吸收严重，这主要是因为金属的消光系数比较大(消光系数K大于1)。接触层越厚吸光越严重。金属电极的欧姆接触层为了得到低的接触电阻、高的透过率，一般厚度都小于10nm，即便如此，对光的吸收仍远远高于氧化物导电膜。由于吸收的光转变为热能，热能使器件温度上升，温度上升导致器件进一步增大对光的吸收，形成正反馈，导致器件寿命下降甚至使烧毁器件。当LED工作在大电流时，金属电极吸收光生成的热是造成器件寿命下降主要因素。导电氧化物膜消光系数比较小(10-4-10-6量级)，几乎不吸光。但氧化物导电膜散热性却很差，容易形成热量积累。器件的温度随着热量的积累而上升，达到一定程度时，会降低器件的寿命，热可靠性较差。目前存在的传统P型高反电极有Ni/Au/Ag、基于透明导电膜(TCO)外镀银高反镜电极以及Ni/Ag等平板式电极。Ni/Au/Ag电极如图1，半导体基底1，Ni/Au接触层2，Ag高反镜3，保护层4。其欧姆接触层2为Ni/Au，比接触电阻可以小至10-6Ω·cm2。然而该电极的接触层对光吸收很大(主要是金)，达20％-30％(460nm波长)，光功率损失严重。如果减小Ni/Au的厚度，又出现与基底接触不牢的问题。基于TCO外镀银高反镜的高反电极，其欧姆接触层对光吸收几乎不吸收，但TCO是氧化物散热不好，在大电流下热可靠性差。Ni/Ag电极欧姆接触层只有一薄层Ni，光吸收比Ni/Au接触层少，所以这种光吸收比Ni/Au/Ag电极小，其比接触电阻为可做到10-4Ω·cm2-10-5Ω·cm2，有待进一步降低。传统电极在光吸收、接触电阻以及散热等性能上各有利弊，都不能同时满足低接触电阻、低光吸收的要求，尤其是LED在大功率工作时热可靠性差。如何在这几个参数方面找到一个最佳结合点使接触电阻能满足在我们需要的同时又降低光吸收，以提高LED工作的可靠性，是当前P型高反电极面临的主要问题。最近出现在Ni中掺Zn作接触层，然后再加高反镜的电极，接触层薄，不含吸光严重的Au层。该样品为300μm×300μm的LED，其P-GaN基底厚为1.5μm，Mg掺杂为5×1017cm-3。这种电极的Ni-Zn层为2.5nm或10nm厚，Ag为200nm，比接触电阻为10-4Ω·cm2-10-5Ω·cm2，正向偏压3.25V(电流20mA)，接触层透过率83％左右。Zn的电离能比较大为9.394eV，对于形成P型半导体掺杂(掺杂可以降低半导体与金属接触势垒，有利于降低接触电阻)效果不是很好，其接触电阻需要进一步降低。对于现存的高反电极，都具有无法同时满足接触层厚度小，接触电阻低，光吸收小的缺点，都有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前GaN基LED的P型电极不能满足同时具有较低的接触电阻和光吸收少的问题，提高GaN基LED可靠性和光输出功率和热可靠性。针对所要解决的技术问题，本专利技术设计了一种用于GaN基倒装结构LED上的新型结构高反电极。其核心是对高反电极欧姆接触层加以改进，用镍镁固熔体层与GaN基底接触后再加一层金属薄层Pa，然后再加高反镜。由于本专利技术与GaN基底接触的镍镁固熔体，而Mg是p型GaN的掺杂剂，Mg的电离能(7.646eV)比Zn小，所以比接触电阻率比单纯的Ni接触层和掺Zn的Ni-Zn接触层都低，且金属Pa有吸收氢的作用(1体积单位的钯可以溶解700体积-800体积单位的氢气)，比接触电阻率达到10-5Ω·cm2-10-6Ω·cm2，光吸收由于接触层可以减薄20％而减少13％。为了提高金属金与银的粘附性，在金和银之间又镀了一层金属Ti。为达到上述目的，本专利技术电极采用如下技术方案(参见图3)本专利技术的电极从下到上包括掺杂Mg的、器件发出的光从该层到达高反电极层，然后经电极反射再从该层返回器件内部的半导体GaN基底层1，欧姆接触层6，高反镜3，保护层和加厚层4；其中所述的基底层1，器件发出的光从该层到达高反电极层，然后经电极反射再从该层返回器件内部，其特征在于所述的欧姆接触层6是位于基底层与高反镜之间的与基底直接接触的Ni和Mg金属固熔体层，在金属固熔体层与高反镜之间是金属Pa层7。所述的一种GaN基LED高反电极，其特征在于Ni和Mg金属固熔体层中Mg占的重量比为7～10％，Ni和Mg金属固熔体层的厚度为0.7-2nm。金属Pa层的厚度为0.6nm～1nm。所述的一种GaN基LED高反电极，其特征在于在电极保护层与高反镜之间有连接层Ti层8。由于本专利技术采用了更为优化的电极结构和材料，与以往相同结构和尺寸的LED样品具有更低的比接触电阻和更少的光吸收，提高了光的输出功率和热可靠性，且制作简单。附图说明附图1为传统Ni/Au/Ag高反电极剖面图1.掺Mg半导体P-GaN，2.Ni/Au欧姆接触层，3.高反镜，4.保护膜；附图2为传统Ni-Zn/Ag高反电极剖面图1.掺Mg半导体P-GaN，5.Ni-Zn欧姆接触层，3.高反镜，4.保护膜；附图3为本专利技术高反电极剖面图1.掺Mg半导体P-GaN，6.含有镍镁固熔体的欧姆接触层，7.金属Pa层，3.高反镜，8.金属Ti层，4.保护层；具体实施方式实施例11)用普通金属有机化学汽相淀积(MOCVD)方法制备300μm×300μm的LED样品，其P-GaN基底厚为1.5μm，Mg掺杂为5×1017cm-3；2)该样品为用普遍化学清洗方法进行清洗HCl∶H2O为1∶1的溶液对P区GaN表面进行清洗5分钟后，用去离子水冲洗再洗5遍。清洗后用干N2气吹干；3)把样品迅速放入到Denton Discovery550溅射台反应室中，把反应室抽到10-5Pa以下的真空；4)在半导体表面上1/s的速率在70℃下镀一层Ni与Mg的金属固熔体作为接触层，厚度为0.7nm，Mg占的重量比为10％；Ni的纯度为4N(99.99％)；5)在Ni-Mg固溶体上1/s的速率在60℃下镀一层0.6nm的金属Pa；6)日立分光光度计4100测得接触层透过率达96.4％；7)紧接着不退火，再以10/s的速率在70℃下镀一层200nm的银Ag，作为高反镜； 8)在Ag镜上镀一层30nm的Ti金属膜；9)在Ti金属膜上以4/s的速率在60℃下镀一层500nm的Au，作为保护层和加厚电极；10)最后样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＮ基ＬＥＤ高反电极，从下到上包括掺杂Ｍｇ的、器件发出的光从该层到达高反电极层，然后经电极反射再从该层返回器件内部的半导体ＧａＮ基底层（１），欧姆接触层（６），高反镜（３），保护层（４），其特征在于：所述的欧姆接触层（６）是位于基底层（１）与高反镜（３）之间的与基底直接接触的Ｎｉ和Ｍｇ的金属固熔体层，在金属固熔体层与高反镜之间是金属Ｐａ层（７）。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED高反电极，从下到上包括掺杂Mg的、器件发出的光从该层到达高反电极层，然后经电极反射再从该层返回器件内部的半导体GaN基底层(1)，欧姆接触层(6)，高反镜(3)，保护层(4)，其特征在于所述的欧姆接触层(6)是位于基底层(1)与高反镜(3)之间的与基底直接接触的Ni和Mg的金属固熔体层，在金属固熔体层与高反镜之间是金属Pa层(7)。2.根据权利要求1所述的一种GaN基LED高反...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈光地，朱彦旭，李秉臣，郭霞，董立闽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]