一种紫外发光二极管及制备方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种紫外发光二极管及制备方法。

背景技术：

光电半导体器件在我们的生活和科学研究中扮演着越来越重要的角色。近年来，基于以氮化镓(gan)为代表的氮化物半导体发光二极管(led)在实际中得到了越来越多的应用，深紫外c波段(uvc)的led也已被用来作为激发光源来实现特种光源。而对于led的研究和应用，人们最多关注的是led内量子效率和外量子效率。尽管目前uvc基led的内量子效率已经达到60％，但由于uvc使用高al组分的algan材料6(如图1)，受到光学偏振的影响，仅有不超过12％的光能够射出led进入到空气中。这极大地影响了uvc基led器件效率的提高，阻碍了其进一步的应用。

近年来，研究者对如何提高出光效率做了大量的研究，其主要集中在以下几个方面：(1)在led表面制作二维光子晶体来调制光的行为，以满足最大出射的需要[jonathanj.wierer,jr,aureliendavid,mischam.megens,naturephotonics,vol.3,(2009.]；(2)利用氧化物(如二氧化硅,氧化钛)的自组织行为在gan表面生长纳米棒或孔阵列，改变gan表面结构[min-antsai,peichenyu,c.l.chaoetal,ieeephotonicstechnologyletters,vol.21,(2009]；day-shanliu,tan-weilin,bing-wenhuang,appl.phys.lett.94,2009]；(3)在gan表面做ag栅极，ag和量子阱耦合，光输出强度增加[kun-chingshen,cheng-yenchen,hung-luchen,appl.phys.lett.,93,(2008)]；(4)以多孔氧化铝为模板，icp刻蚀改变gan表面粗糙程度，提高出光效率[keunjookim,iaehochoi,taesungbae,japanesejournalofappliedphysics,vol.46,2007:6682-6684]；(5)利用激光剥离、纳米压印和自然光刻方法来增强gan表面的粗糙度，以提高出光效率[t.fujii,y.gao,r.sharma,e.l.hu,s.p.denbaars,ands.nakamura，appl.phys.lett.,vol.84,(2004)].(6)通过设计led芯片结构来提高引出效率[michaelr.krames,olegb.shchekin,reginamueller-mach,gerdo.mueller,lingzhou,gerardharbers,andm.georgecraford,journalofdisplaytechnology,vol.3,(2007)]。从目前的研究情况来看，利用各种纳米技术改变gan表面的粗糙度，是用以提高gan表面出光效率的常用方法，但已有方法都需要比较复杂的操作流程和技术设备，属于表面光传播光散射，且对uvc波段作用有限，尽管各国学者在gan的表面纳米结构以及借助纳米结构增强光引出效率的课题上开展了大量的研究，但是目前，还没有提出一种工艺简单、低损伤、对uvc波段高效出光的三维光散射结构。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种工艺更加简单、出光高效的深紫外发光二极管及制备方法。

为了实现上述目的，本发明一种紫外发光二极管所采取的技术方案：

一种紫外发光二极管，包括发光层、位于发光层一侧的p型层以及位于发光层另一侧的n型层，所述p型层的表面设有裸露面，裸露面上设有与p型层电连接的p电极，p型层上间隔开设有若干通孔，所述各通孔从p型层向下贯穿发光层，所述各通孔内设有n电极，n电极的一端延伸出p型层形成n端电极，另一端与n型层电连接，所述n电极的外周面覆盖有第一绝缘层，第一绝缘层使n电极分别与p型层、发光层之间绝缘。

本发明工作时，将电源正极与p电极接通，将电源负极与n端电极接通，然后通电，发光层发光，发光层的光线一部分经n型层进入空气中，光线的另一部分经第一绝缘层照射到n电极上，n电极将照射的光线反射到n型层，再进入空气中。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于n电极设置在通孔内，n端电极与p型层的电极端位于同侧，便于引线，同时便于光线传播，又由于第一绝缘层与反光的n电极存在，发光层的光线被n电极反射，实现最大程度的平面内光散射，提高了出光效率。

相邻p电极与n电极之间的p型层裸露面上覆盖第二绝缘层，所述第二绝缘层使n电极与p电极绝缘。第二绝缘层可以有效地避免n电极与p电极接通而短路。

所述第一绝缘层和第二绝缘层为sio2绝缘层，第一绝缘层和第二绝缘层厚度均为50nm～200nm。

所述通孔在p型层上周期性规则分布或随机分布，所述通孔为直径是200nm～5000nm的圆孔或截面内切圆是200nm～5000nm的方孔或三角孔或六角孔。通孔可以合理的设置n电极，从而使n电极将光线反射到空气中。

所述p电极和n电极为ni、al、ti、au、cr或ag金属。

所述n端电极的截面形状包括但不限于圆形、正方形、扇形以及叉指型，n端电极为ni、al、ti、au、cr、ag、mg或pd金属。

所述p电极的截面形状包括但不限于圆形、正方形、扇形以及叉指型。

本发明还提供了一种紫外发光二极管制备方法，所采取的技术方案：

一种紫外发光二极管制备方法，包括下列步骤：

步骤一：材料生长，在蓝宝石、碳化硅或硅衬底上，利用金属有机化学气相淀积设备，生长出缓冲层，然后在缓冲层上依次生长n型层、发光层以及p型层；

步骤二：制备第一绝缘层，使用电子束蒸发法或pecvd沉积法在p型层的裸露面上生成100nm厚的sio2绝缘层；

步骤三：加工p电极，使用光刻方法或电子束曝光方法或纳米压印方法将第一绝缘层刻蚀形成p电极；

步骤四：加工通孔，使用干法刻蚀方法将第一绝缘层刻蚀形成用于设置n电极的通孔，所述通孔从p型层刻蚀贯穿发光层；

步骤五：制备n电极，运用溅射工艺或电子束蒸发方法或热蒸发方法沉积形成al金属的n电极，再使用电子束蒸发法或pecvd沉积法在n电极的外周面上生成100nm厚的sio2绝缘层；

步骤六：设置n电极，将n电极设置到通孔内，使n电极的一端与n型层电连接，另一端延伸到p型层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于n电极设置在通孔内，n端电极与p型层的电极端位于同侧，便于接线，同时便于光线传播，又由于第一绝缘层与反光的n电极存在，发光层的光线被n电极反射，实现最大程度的平面内光散射，提高了出光效率。

附图说明

图1为背景技术的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

其中，1为发光层，2为p型层，201为通孔，202为第二绝缘层，3为n型层，4为n电极，401为n端电极，402为第一绝缘层，5为p电极，6为algan材料。

具体实施方式

如图2所述，为一种紫外发光二极管，包括发光层1、位于发光层1一侧的p型层2以及位于发光层1另一侧的n型层3，p型层2上间隔开设有若干通孔201，通孔201在p型层2上周期性规则分布或随机分布，通孔201为直径是200nm～5000nm的圆孔或截面内切圆是200nm～5000nm的方孔或三角孔或六角孔，通孔201可以合理的设置n电极4，各通孔201从p型层2向下贯穿发光层1，各通孔201内设置有n电极4，n电极4的一端延伸出p型层2形成n端电极401，n端电极401的截面形状包括但不限于圆形、正方形、扇形以及叉指型，n端电极401为ni、al、ti、au、cr、ag、mg或pd金属，另一端与n型层3接通，n电极4的外周面覆盖有第一绝缘层402，第一绝缘层402使n电极4分别与p型层2、发光层1之间绝缘，p型层2的表面设有裸露面，裸露面上设有与p型层2电连接的p电极5，p电极5和n电极4为ni、al、ti、au、cr或ag金属，p电极5的截面形状包括但不限于圆形、正方形、扇形以及叉指型，为了将p型层2与外设电源接通，相邻p电极5与n电极4之间的p型层2裸露面上覆盖第二绝缘层202，第二绝缘层202使n电极4与p电极5绝缘，第二绝缘层202可以有效地避免n电极4与p电极5接通而短路，第一绝缘层402和第二绝缘层202为sio2绝缘层，第一绝缘层402和第二绝缘层202厚度均为50nm～200nm。

工作时，将电源正极与p型层2接线端接通，将电源负极与n端电极401接通，然后通电，发光层1发光，发光层1的光线一部分经n型层3进入空气中，光线的另一部分经第一绝缘层402照射到n电极4上，n电极4将照射的光线反射到n型层3，再进入空气中。

与上述一种紫外发光二极管相对应，本发明还提供一种紫外发光二极管制作方法包括下列步骤：

步骤一：材料生长，在蓝宝石、碳化硅或硅衬底上，利用金属有机化学气相淀积设备，生长出缓冲层，然后在缓冲层上依次生长n型层3、发光层1以及p型层2；

步骤二：制备第一绝缘层，使用电子束蒸发法或pecvd沉积法在p型层2的裸露面上生成100nm厚的sio2绝缘层；

步骤三：加工p电极，使用光刻方法或电子束曝光方法或纳米压印方法将第一绝缘层402刻蚀形成p电极5；

步骤四：加工通孔，使用干法刻蚀方法将第一绝缘层402刻蚀形成用于设置n电极4的通孔201，通孔201从p型层2刻蚀贯穿发光层1；

步骤五：制备n电极，运用溅射工艺或电子束蒸发方法或热蒸发方法沉积形成al金属的n电极4，再使用电子束蒸发法或pecvd沉积法在n电极的外周面上生成100nm厚的sio2绝缘层；

步骤六：设置n电极，将n电极4设置到通孔201内，使n电极4的一端与n型层3接通，另一端延伸到p型层2。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。