一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构及其应用制造技术

本发明专利技术属于光电子发光器件技术领域，具体涉及一种提高AlGaN基深紫外(DUV)发光二极管(LED)光提取效率的结构及其应用。所述提高AlGaN基DUV

【技术实现步骤摘要】
一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构及其应用


[0001]本专利技术属于光电子发光器件
，具体涉及一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构及其应用。

技术介绍

[0002]AlGaN基固态深紫外(DUV)发光二极管(LED)由于在空气和水的净化、灭菌、紫外固化等方面的广泛应用而备受关注。与传统汞灯之类的气体DUV光源相比，AlGaN基DUV-LED具有体积小、功率大、能耗低、环境友好等优点，因此是一种很有前途的DUV光源。
[0003]尽管AlGaN基DUV-LED的研究取得了很大的进步，但与GaN基可见光LED相比，AlGaN基DUV-LED的外量子效率(EQE)仍然保持在较低水平，其中一个非常重要的原因是其光提取效率(LEE)非常低，进而严重阻碍了外量子效率EQE的提高。而阻碍光提取效率LEE提高的主要因素是光学偏振特性、界面处的全反射、以及p-GaN层对DUV光的强吸收，但这些是很难避免的。
[0004]为了提高光提取效率LEE，许多研究人员做出了各种努力。例如，使用AlN-δ-GaN量子阱来增加TE模式光比重，进而提高发光偏振度；或者，通过使用鹅眼微结构减弱蓝宝石与空气之间的全反射，增加光提取角度；此外，还有采用透明的p-AlGaN接触层和高反射率的Ni/Mg，Rh，Ni/Al作为p电极以获得更高的LEE，但由于难以获得具有高空穴浓度的p-AlGaN，不良的欧姆接触仍然是一个大障碍，会导致工作电压的增加，从而影响器件寿命。
[0005]由此可见，现有提高光提取效率LEE的方法难以平衡器件结构的光提取效率和电学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的是提供一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构。该结构可在保证电学性能的前提下具有更高的光提取效率(LEE)，进而提高其外量子效率EQE，实现了DUV-LED高发光效率的性能目标，解决了目前DUV-LED光提取效率低的问题。
[0007]所述提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其p型层由p-AlGaN层及p-GaN层组成；其中，所述p-AlGaN层具有超晶格结构；所述p-GaN层的厚度控制在2-10nm之间。
[0008]本专利技术所述的p-AlGaN层具有超晶格结构，从而实现高的空穴浓度；而通过对p-AlGaN层上的p-GaN层厚度的控制，可在保证欧姆接触良好的同时，极大地减少了对正面紫外光的吸收，且具备良好的电学性能，大大提高光提取效率(LEE)，进而提高其外量子效率EQE，实现了DUV-LED高发光效率的性能目标。相比于现有直接采用p-AlGaN层作为欧姆接触金属，本专利技术所述结构能够显著降低器件的工作电压。
[0009]优选地，所述p-GaN层的厚度控制在5-7nm之间，平衡光提取效率及电学性能。
[0010]优选地，所述提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构还包括p型欧姆接触金属，所述p型欧姆接触金属为Ag纳米点/Al的复合金属。
[0011]本专利技术研究发现，所述Ag纳米点/Al的复合金属既保证良好的欧姆接触，又具有非
常高的紫外光的反射率，形成高反射电极；可在显著降低对p-GaN侧光吸收的同时，大幅提高反射到蓝宝石一侧的紫外光，从而提高器件的光提取效率LEE；而且p电极的欧姆接触性能优良，使得器件工作电压较低，极大地提高了器件的稳定性以及可靠性。
[0012]所述p型欧姆接触金属通过下述方法获得：先在所述p-GaN层表面沉积Ag金属层，通过退火形成Ag纳米点结构；再在Ag纳米点的表面沉积Al金属层。研究表明，p-GaN层及其表面的Ag纳米点形成的欧姆接触能够保证结构的电学特性；而Ag纳米点及其表面的Al金属层的配合作用可实现对紫外光的高反射。
[0013]进一步优选地，控制所述Ag金属层的厚度为2-10nm，优选为4-6nm，从而既能够保证从连续的金属薄膜形成离散的岛状结构形貌，便于光透过，同时又便于Al金属层在其表面沉积。
[0014]进一步优选地，所述退火的条件为：N2氛围下，温度200-500℃；
[0015]更优选地，所述退火的温度为350-450℃，退火时间为2-5min。
[0016]优选地，控制所述Al金属层的厚度20-200纳米，优选为90-100nm，其目的是为了保证在纳米粒结构表面形成连续的金属薄膜，实现对紫外光的高效反射，同时也避免过厚影响p型欧姆接触金属的性能。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供上述结构在制备半导体器件中的应用。
[0018]所述半导体器件优选为AlGaN基深紫外发光器件，特别是DUV-LED器件。
[0019]本专利技术的第三目的是提供一种AlGaN基DUV-LED结构的制备方法，包括：
[0020](1)在衬底上依次外延生长AlN缓冲层、应力调制多层结构、n-AlGaN、AlGaN量子阱层、上述p型层；
[0021](2)通过光刻以及ICP刻蚀技术，刻蚀出台面区域；
[0022](3)通过金属剥离的方法，在n-AlGaN层表面沉积N电极，并进行高温合金处理，以形成n型欧姆接触金属；
[0023](4)在p型层的p-GaN层表面形成上述p型欧姆接触金属。
[0024]本专利技术所述的制备方法工艺简单且兼容传统的LED制作工艺。采用基于薄层p-GaN的Ag纳米点/Al金属高反射率电极，在显著降低对p-GaN侧光吸收的同时，大幅提高反射到蓝宝石一侧的紫外光，从而提高了器件的光提取效率LEE；而且p电极的欧姆接触性能优良，使得器件工作电压较低，极大地提高了器件的稳定性以及可靠性。
[0025]步骤(1)中，所述衬底可为蓝宝石衬底、AlN衬底或Si衬底。
[0026]步骤(1)中，所述应力调制多层结构为AlN/AlGaN层或AlGaN/AlGaN层。
[0027]步骤(3)中，所述N电极的材料为Ti、Al、Ni或Au中的一种或多种组成。
[0028]步骤(3)中，所述高温合金处理的条件为：N2氛围下，温度800-850℃，退火50-55s。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030](1)本专利技术所述的p-AlGaN层具有超晶格结构，从而实现高的空穴浓度；而通过对基于p-AlGaN层的p-GaN层厚度的控制，可在保证欧姆接触良好的同时，极大地减少了对正面紫外光的吸收，且具备良好的电学性能，大大提高光提取效率(LEE)，进而提高其外量子效率EQE，实现了DUV-LED高发光效率的性能目标。相比于现有直接采用p-AlGaN层作为欧姆接触金属，本专利技术所述结构能够显著降低器件的工作电压。
[0031](2)本专利技术所述的Ag纳米点/Al复合金属既保证良好的欧姆接触，又具有非常高的
紫外光的反射率，形成高反射电极；可在显著降低对p-GaN侧光吸收的同时，大幅提高反射到蓝宝石一侧的紫外光，从而提高了器件的光提取效率LEE；而且p电极的欧姆接触性能优良，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，p型层由p-AlGaN层及p-GaN层组成；所述p-AlGaN层具有超晶格结构；所述p-GaN层的厚度控制在2-10nm之间。2.根据权利要求1所述的提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，所述p-GaN层的厚度控制在5-7nm之间。3.根据权利要求1或2所述的提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，所述提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构还包括p型欧姆接触金属，所述p型欧姆接触金属为Ag纳米点/Al的复合金属。4.根据权利要求3所述的提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，所述p型欧姆接触金属通过下述方法获得：先在所述p-GaN层表面沉积Ag金属层，通过退火形成Ag纳米点结构；再在Ag纳米点的表面沉积Al金属层。5.根据权利要求4所述的提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，所述Ag金属层的厚度为2-10nm，优选为4-6nm。6.根据权利要求5所述的提高AlGaN基DUV-LED光提取效率的结构，其特征在于，所述退火的条件为：N2氛围下，温度200-500℃；优选地，所述退火的温度为350...

【专利技术属性】
技术研发人员：许福军，沈波，张娜，王嘉铭，康香宁，秦志新，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：