专利名称：紫外发光二极管结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电子器件，尤其涉及一种紫外发光二极管(UV-LED)结构。
背景技术：
UV-LED因其在激发白光、生化探测、杀菌消毒、净化环境、聚合物固化以及短距离安全通讯等诸多应用领域有着巨大的潜在应用价值而受到广泛关注。与传统紫外光源汞灯相比，AlGaN基UV-LED有着长寿命、低电压、波长可调、环保、方向性好、迅速切换、耐震耐潮、轻便灵活等众多优点，随着研究的深入，将成为未来新型应用的主流。但是与GaN基蓝光LED相比，目前UV-LED的发光功率和效率还远不能令人们满意。其中原因之一是高质量高Al组分AlGaN的材料的外延生长困难，一般而言，Al组分越高，晶体质量越低，位错密度普遍在lOVcn^-lO^VcnT2乃至更高。目前，金属等离激元技术已经被成功用来提高可见光LED的发光效率。常用的等离激元金属包括Ag，Au等，这些金属的等离激元能量均位于可见光区域，无法用于提高紫外波段LED的发光效率，因此，通常认为等离激元技术并非是一种有效地可以提高紫外波段特别是深紫外波段LED发光效率的有效方法。然而，最近，参考文献l(Gao N, Huang K，Li J，Li S，Yang X，Kang J.Surface-plasmon-enhanced deep-UV light emitting diodes based on AlG aNmult1-quantum wells Sc1.Rep.2012, v.2:816)报道了米用 Al 金属薄膜可以提高 UV-LED的发光效率，从实验上证实了采用具有高体等离激元的金属材料，可以有效提高UV-LED的发光效率。图1为现有技术的UV-LED的器件结构100，它包括蓝宝石衬底10UA1N缓冲层102、N 型 AlGaN 薄膜 103、AlGaN 量子阱 104、P 型 AlGaN 薄膜 105、P 型 GaN 薄膜 106、Al 膜107、顶电极108和底电极109。发明人认为，由于P型GaN的厚度较厚(IOOnm)，远大于金属与量子阱的耦合距离，因此作者将发光强度的提高归因于金属等离激元对器件外量子效率的提高。从器件的有源区 104发射出的光子可以从三个方向发射到器件外部，第一，依次透过N型AlGaN103、AlN缓冲层102和蓝宝石衬底101，从器件底部射出。第二，通过P型GaNlOe从器件顶部射出。第三，从器件的侧面射出。文献中通过等离激元技术提高了通过P型GaN106从器件顶部射出那部分光线的出光效率。其中，第一部分发光为UV-LED发光的主要组成部分，而第二部分发光为UV-LED发光的次要组成部分。这是因为P型GaN薄膜106会对AlGaN量子阱104发射出的紫外光具有强烈的吸收。在参考文献I中，采用等离激元技术提高了第二部分发光(即透过P型GaN的紫外线)的出光效率。由于倒装焊结构具有很好的电流分布特性和很好的散热特性，成为UV-LED器件的一种主流的器件结构。本发明中，我们将提出一系列的基于倒装焊结构的UV-LED器件结构，采用等离激元技术提高占主导地位的第一部分发光(即依次透过N型AlGaN103、AlN缓冲层102和蓝宝石衬底101，从器件底部射出)的出光效率。此外我们还将提出UV-LED器件结构，采用等离激元技术提高AlGaN量子阱103的内量子效率
发明内容
本发明的目的在于，提供一种紫外发光二极管结构，采用等离激元技术提高出光效率和内量子效率。本发明提供一种紫外发光二极管结构，包括:—基底；一 N型AlGaN层，其制作在基底上，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面；一 AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面；一 P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上；一 P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上；一顶电极，其制作在P型GaN层上；一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上；—金属层，其制作在基底的背面。本发明还提供一种紫外发光二极管结构，包括:一基底，该基底分为三段；一 N型AlGaN层，其制作在分为三段的基底上，该N型AlGaN层的下面形成有两个凹槽，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面；一 AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面；一 P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上；一 P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上；一顶电极，其制作在P型GaN层上；一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上；一金属层，其制作在N型AlGaN层的下面形成的两个凹槽内N型AlGaN层的背面。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:图1是现有技术的结构示意图；图2是本发明第一实施例的结构示意图；图3是本发明第二实施例的结构示意图；图4是本发明第三实施例的结构示意图；图5是本发明第四实施例的结构示意图；图6是本发明第五实施例的结构示意图；图7是本发明第六实施例的结构示意图。
具体实施例方式第一实施例请参阅图2所示，本发明提供一种紫外发光二极管结构，包括:一基底A，该基底A包括一蓝宝石衬底21和制作在其上的AlN缓冲层22 ;其中所示的缓冲层22厚度大约为500纳米-6微米之间，其中所述的缓冲层22也可以为其他材料如 AlInN
一 N型AlGaN层23，其制作在基底A上，该N型AlGaN层23上面的一侧有一台面231，其中N型AlGaN层23的厚度大约为1_4微米左右；一 AlGaN量子阱24，其制作在N型AlGaN层23没有台面231 —侧的上面，AlGaN量子阱大约为4-10个周期；一 P型AlGaN层25，其制作在AlGaN量子阱24上，其中P型AlGaN层的厚度大约为20-60纳米；一 P型GaN层26，其制作在P型AlGaN层25上，其中P型GaN层的厚度大约为100-300 纳米；一顶电极27，其制作在P型GaN层26上，其中顶电极27材料可以为Ni/Au等，厚度大约为10100纳米；一底电极28，其制作在N型AlGaN层23—侧的台面231上，其中底电极28材料可以为Ti/Al/Ti/Au等，厚度大约为150-1000纳米；一金属层29，其制作在基底A的背面，所述的金属层29为金属条或金属颗粒。第二实施例请参阅图3所示，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，所述的该基底A为一缓冲层22，此外，用于生长AlN缓冲层22的蓝宝石衬底通过激光剥离等手段已经去除。第三实施例请参阅图4所示，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，所述的金属层29制作在P型AlGaN层25内，金属层接近量子阱，有利于提高内量子效率。第四实施例请参阅图5所示，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于，所述的金属层29制作在N型AlGaN层23内，金属层接近量子阱，有利于提高内量子效率。第五实施例请参阅图6所示，本发明提供一种紫外发光二极管结构，包括:一基底A，该基底A分为三段，该基底A基底A包括一蓝宝石衬底21和制作在其上的AlN缓冲层22 ；一 N型AlGaN层23，其制作在分为三段的基底A上，该N型AlGaN层23的下面形成有两个凹槽232，该N型AlGaN层23上面的一侧有一台面231 ；一 AlGaN量子阱24，其制作在N型AlGaN层23没有台面231 —侧的上面；一 P型AlGaN层25，其制作在AlGaN量子阱24上；一 P型GaN层26，其制作在P型AlGaN层25上；一顶电极27，其制作在P型GaN层26上；一底电极28，其制作在N型AlGaN层23 —侧的台面231上；一金属层29，其制作在N型AlGaN层23的下面形成的两个凹槽232内N型AlGaN层23的背面，所述的金属层29为金属条或金属颗粒。第六实施例请参阅图7所示，本本实施例与第五实施例基本相同，不同之处在于，该基底A为一缓冲层22，此外，用于生长AlN缓冲层的蓝宝石衬底通过激光剥离等手段已经去除。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构变化，均理同包含于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种紫外发光二极管结构，包括: 一基底; 一 N型AlGaN层，其制作在基底上，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面； 一 AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面； 一 P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上； 一 P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上； 一顶电极，其制作在P型GaN层上； 一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上； 一金属层，其制作在基底的背面。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管结构，其中该基底为一缓冲层。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管结构，其中该基底包括一蓝宝石衬底和制作在其上制作的AlN缓冲层。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管结构，其中所述的金属层为金属条或金属颗粒。
5.根据权利要求4所述的紫外发光二极管结构，其中所述的金属层制作在P型AlGaN层内。
6.根据权利要求4所述的紫外发光二极管结构，其中所述的金属层制作在N型AlGaN层内。
7.一种紫外发光二极管结构，包括: 一基底，该基底分为三段； 一 N型AlGaN层，其制作在分为三段的基底上，该N型AlGaN层的下面形成有两个凹槽，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面； 一 AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面； 一 P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上； 一 P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上； 一顶电极，其制作在P型GaN层上； 一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上； 一金属层，其制作在N型AlGaN层的下面形成的两个凹槽内N型AlGaN层的背面。
8.根据权利要求7所述的紫外发光二极管结构，其中该基底为一缓冲层。
9.根据权利要求7所述的紫外发光二极管结构，其中该基底包括一蓝宝石衬底和制作在其上的AlN缓冲层。
10.根据权利要求7所述的紫外发光二极管结构，其中所述的金属层为金属条或金属颗粒。
全文摘要
一种紫外发光二极管结构，包括一基底；一N型AlGaN层，其制作在基底上，该N型AlGaN层上面的一侧有一台面；一AlGaN量子阱，其制作在N型AlGaN层没有台面一侧的上面；一P型AlGaN层，其制作在AlGaN量子阱上；一P型GaN层，其制作在P型AlGaN层上；一顶电极，其制作在P型GaN层上；一底电极，其制作在N型AlGaN层一侧的台面上；一金属层，其制作在基底的背面。本发明采用等离激元技术提高出光效率和内量子效率。
文档编号H01L33/06GK103137822SQ201310057268
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者孙莉莉, 闫建昌, 魏同波, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所