CN113257973A - 一种具有p面反射电极结构的深紫外led及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有P面反射电极结构的深紫外LED及其制备方法,所述LED结构包括永久基板、邦定金属层、P面反射电极、P面钝化层、外延层、N面电极和N面钝化层,其中:所述P面反射电极首先在所述P型掺杂层表面制备Ni层,所述Ni层需在氧气氛围下进行快速合金形成欧姆接触;然后在所述Ni层表面依次制备Al层、Ti层、Ag层。所述P面反射电极结构由Ni、Al、Ti、Ag叠层形成,所述Ti层厚度较薄,可以确保腐蚀Ag的同时能腐蚀Ti;Ti层可以有效抑制Al易氧化,同时可以避免Al层和Ag层之间易扩散最终降低芯片光电性能这一问题。本发明提出一种具有P面反射电极结构的深紫外LED,能保证P面反射电极具有抗氧化性能,最终获得高光效深紫外LED。

Description

一种具有P面反射电极结构的深紫外LED及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管领域,尤其是涉及一种具有P面反射电极结构的深紫外LED及其制备方法。
背景技术
深紫外LED是一种新兴LED芯片,深紫外LED的发光波长在260~400nm,随着人们生活质量要求的逐渐提高,LED照明中用于杀菌、消毒的深紫外LED器件受到广泛关注,因此被认为具有广泛的应用前景。
目前现有的深紫外LED芯片多采用GaN基半导体制成,但由于GaN材料的折射系数大,导致光出射角度小,大幅降低了光提取效率,降低了深紫外LED芯片的亮度,尤其是深紫外的波长较短,导致全反射效应更加明显,光提取效率更低。
Al是紫外波段反射率最高的金属,在该波段Al金属的反射率可以到93%左右,但是采用Al作为P面反射电极,Al容易被氧化,导致LED芯片电压高;若采用NiAlAg作为P面反射电极,虽然可以解决NiAl电极中Al易被氧化导致电压高的问题,但是Al和Ag之间容易发生互扩散,在芯片的表面会产生二者生产的絮状化合物,依然会导致LED芯片电压高,另外絮状化合物会降低表面光反射率,最终影响LED芯片的光效,同时影响芯片的外观,降低产品良率;如果采用NiAlTiAu作为P面反射电极,如果采用湿法腐蚀,腐蚀Au的腐蚀液也会腐蚀Ni层、Al层、Ti层,如果采用剥离工艺,其中的Al层会被碱性的去胶液腐蚀,综上,NiAlTiAu作为P面反射电极,工艺难以实现。
因此,彻底解决NiAl电极易被氧化,制备具有抗氧化性能的P面反射电极是高光效深紫外(UVC)LED芯片的关键技术。
发明内容
为解决深紫外LED NiAl结构的P面电极易氧化这一难题,本发明的第一个目的在于提一种具有P面反射电极结构的深紫外LED结构,以获得高光效深紫外LED芯片。
本发明的第二个目的在于提供一种具有P面反射电极结构的深紫外LED的制备方法,该制备方法是在NiAlAg中的Al和Ag之间***薄层的Ti层,构成NiAlTiAg结构,该NiAlTiAg结构在抑制Al氧化的同时能阻止Al和Ag之间的互扩散,工艺简单。
本发明的第一个目的是这样实现的:
一种具有P面反射电极结构的深紫外LED,所述LED由下至上依次包括:基板、金属层、P面反射电极、P面钝化层、P型掺杂层、有源区、N型掺杂层、N面电极和N面钝化层;特征是:所述P面反射电极结构由上至下依次包括Ni层、Al层、Ti层、Ag层,所述Ni层厚度为0.1nm-10nm,所述Al层厚度为100nm-300nm,所述Ti层厚度为0.2nm-7nm,所述Ag层厚度为100nm-300nm。
本发明的第二个目的是这样实现的:
一种具有P面反射电极结构的深紫外LED的制备方法,特征是:具体步骤如下:
A、提供衬底;
B、在所述衬底上依次生长N型掺杂层,有源区,P型掺杂层;
C、在所述P型掺杂层15%-25% 的表面形成P面钝化层;
D、在所述P型掺杂层15%-25%的表面和P面钝化层的表面形成P面反射电极;
E、在所述P面反射电极之上制作邦定金属层,并与基板键合,去除所述衬底;
F、在所述N型掺杂层的部分表面形成N面电极;
G、在所述未被N面电极覆盖的N型掺杂层表面形成N面钝化层。
在步骤D中,在所述P型掺杂层15%-25%的表面和P面钝化层表面形成P面反射电极,包括:
A、在所述P型掺杂层15%-25%的表面和P面钝化层的表面制备Ni层;
B、对所述Ni层进行高温退火,退火温度为350℃-500℃,退火时间为20s-60s;
C、在所述Ni层表面依次制备Al层、Ti层、Ag层;
D、采用掩膜版对所述Ni,Al,Ti,Ag叠层表面进行图形化处理;
E、腐蚀所述Ag层,腐蚀液采用氨水和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s;
F、腐蚀所述Al层,腐蚀液采用磷酸和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s。
本发明提供的一种具有P面反射电极结构的深紫外LED,特点是:所述P面反射电极结构由Ni层、Al层、Ti层、Ag层4种金属叠层构成,在Al层和Ag层之间***薄层Ti层,0.2nm-7nm,可以保证去除Ag层和Al层的同时Ti层也可以被去除;Ti层可以抑制Al氧化,同时可以阻止Al和Ag之间的互扩散。由此可见,该P面反射电极结构能保证P面反射电极具有抗氧化性能,最终获得高光效深紫外LED,从而使具有所述P面反射电极结构的深紫外LED可以提升光提取效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的深紫外LED外延结构示意图,图中:101-衬底,102-N型掺杂层,103-有源区,104-P型掺杂层;
图2为本发明实施例提供的深紫外LED的P面钝化层制备过程中的P面钝化层制备示意图,图中:201-P面钝化层;
图3为本发明实施例提供的深紫外LED的P面钝化层制备过程中的P面钝化层图形化示意图,图中:201-P面钝化层;
图4为本发明实施例提供的深紫外LED的P面反射电极结构制备过程中的Ni层制备示意图,图中:301-P面反射电极中的Ni层;
图5为本发明实施例提供的深紫外LED的P面反射电极结构制备过程中的AlTiAg叠层制备示意图,图中:302-P面反射电极中的AlTiAg叠层;
图6为本发明实施例提供的深紫外LED的P面反射电极结构制备过程中的P面反射电极图形化示意图;
图7为本发明实施例提供的深紫外LED结构示意图,图中:401-永久基板,402-邦定金属层,300-P面反射电极,301-P面反射电极中的Ni层,302-P面反射电极中的AlTiAg叠层,201-P面钝化层,104-P型掺杂层,103-有源区,102-N型掺杂层,403-N面电极,404-N面钝化层。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进一步说明。此外,本发明的附图均采用非常简化的非精准比例,仅用以方便、明晰的辅助说明本发明。
请参见图1,为本发明实施例提供的深紫外LED结构,其包括基板401、金属层402、P面反射电极300、P面钝化层201、P型掺杂层104、有源区103、N型掺杂层102、N面电极403和N面钝化层404。
在本实施例中,其制作工艺包括:
(1)首先利用常规的MOCVD生长方法制备深紫外LED外延材料,提供衬底101,衬底材料可以为Si、SiC、Al2O3中的一种,在衬底101上依次外延生长N型掺杂层102,有源区103,P型掺杂层104,参见图1;
(2)在P型掺杂层104上制作 P面钝化层201,钝化层的材料包括:氧化硅、氮化硅、氮氧化硅,钝化层的厚度为50nm-200nm,参见图2;
(3)采用湿法蚀刻图案化P面钝化层201,暴露出其下方的P型掺杂层104,参见图3;
(4)在暴露的P型掺杂层104上制作P面反射电极300,P面反射电极300由Ni层301,Al,Ti,Ag叠层302构成。首先在所述P型掺杂层104部分表面和P面钝化层201表面制备Ni层301,参见图4,对所述Ni层进行高温退火,退火温度为350℃-500℃,退火时间为20s-60s;然后在所述Ni层301表面依次制备Al层、Ti层、Ag层叠层金属层302,参见图5;所述Ni层厚度为0.1nm-10nm,Al层厚度为100nm-300nm,Ti层厚度为0.2nm-7nm,Ag层厚度为100nm-300nm;
(5)对所述Ni,Al,Ti,Ag叠层表面进行湿法蚀刻图案化处理,腐蚀所述Ag层,腐蚀液采用氨水和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s;Ti层由于厚度很薄,在腐蚀Ag的过程中被去除;腐蚀所述Al层,腐蚀液采用磷酸和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s,参见图6;
(6)制作金属层402,并与基板401键合,基板材料可以是Si、SiC、Al2O3其中一种,去除衬底100;
(7)采用电子束蒸发台在N型掺杂层102上制作N面电极403,N面电极403的材料是AlTiAu、CrPtAu中的一种,厚度为1000-3000nm;
(8)制作N面钝化层404,N面钝化层404覆盖了P型掺杂层104,有源区103和N型掺杂层102侧壁,以及未被N面电极403覆盖的N型掺杂层102的部分表面,N面钝化层404的材料包括:SiO2、SiNx、SiOxNy,N面钝化层404的厚度在100-500nm之间,参见图7。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种具有P面反射电极结构的深紫外LED,所述LED由下至上依次包括:基板、金属层、P面反射电极、P面钝化层、P型掺杂层、有源区、N型掺杂层、N面电极和N面钝化层;其特征在于:所述P面反射电极结构由上至下依次包括Ni层、Al层、Ti层、Ag层,所述Ni层厚度为0.1nm-10nm,所述Al层厚度为100nm-300nm,所述Ti层厚度为0.2nm-7nm,所述Ag层厚度为100nm-300nm。
2.一种具有P面反射电极结构的深紫外LED的制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
A、提供衬底;
B、在所述衬底上依次生长N型掺杂层,有源区,P型掺杂层;
C、在所述P型掺杂层15%-25%的表面形成P面钝化层;
D、在所述P型掺杂层15%-25%的表面和P面钝化层的表面形成P面反射电极;
E、在所述P面反射电极之上制作邦定金属层,并与基板键合,去除所述衬底;
F、在所述N型掺杂层的部分表面形成N面电极;
G、在所述未被N面电极覆盖的N型掺杂层表面形成N面钝化层。
3.根据权利要求2所述的一种具有P面反射电极结构的深紫外LED制备方法,其特征在于:在步骤D中,在所述P型掺杂层部分表面和P面钝化层表面形成P面反射电极,包括:
A、在所述P型掺杂层15%-25%的表面和P面钝化层的表面制备Ni层;
B、对所述Ni层进行高温退火,退火温度为350℃-500℃,退火时间为20s-60s;
C、在所述Ni层表面依次制备Al层、Ti层、Ag层;
D、采用掩膜版对所述Ni,Al,Ti,Ag叠层表面进行图形化处理;
E、腐蚀所述Ag层,腐蚀液采用氨水和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s;
F、腐蚀所述Al层,腐蚀液采用磷酸和双氧水的水溶液,腐蚀时间为60s-100s。
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