一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高出光率、高可靠性的紫外半导体发光二极管，包括一LED芯片，所述LED芯片中在p型层上依次设有石墨烯透明导电层、金属导电层和导电反射层，石墨烯透明导电层特征在于其由多次转移的石墨烯堆叠而成，所述石墨烯透明导电层以及金属导电层与p型层之间形成欧姆接触。所述多次转移的石墨烯透明导电层由单层或多层石墨烯多次转移而成，所述金属导电层形成于石墨烯层之上或者于多层石墨烯之间。本发明专利技术通过多次转移堆叠石墨烯，降低了面电阻，提高发光效率；本发明专利技术的金属导电层形成工艺，在氮气、氧气混合气氛中400℃条件下退火2min使接触电阻率降至4.3*10

Ultraviolet light emitting diode with high luminous efficiency and high reliability and manufacturing method thereof

The invention discloses a high UV light transmittance, high reliability of the semiconductor light emitting diode, which comprises a LED chip, the LED chip in the p layer are sequentially arranged on a graphene transparent conductive layer and a metal conductive layer and the conductive reflective layer, a transparent conductive layer of graphene is from graphene stacked repeatedly transfer to the ohmic contact is formed between the graphene transparent conductive layer and a conductive metal layer and the P layer. The plurality of transferred graphene transparent conductive layers are repeatedly transferred from single layer or multi layer graphene, wherein the metal conductive layer is formed above the graphene layer or between the multilayer graphene. The present invention through multiple transfer stacked graphene, reduced surface resistance, improve the luminous efficiency; conductive metal layer is formed in the process of the invention, the nitrogen and oxygen mixed atmosphere at 400 DEG C to contact resistivity to 4.3*10 annealing 2min

【技术实现步骤摘要】
一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管及其制造方法
本专利技术属于光电子
，涉及一种紫外半导体发光器件及其制造方法。
技术介绍
紫外发光二极管具有体积小、寿命长、效率高、环保、节能的潜在优势，在工业固化、消毒、水净化、医疗和生物化学、高密度光学记录等方面取代现有汞灯、气体激光器等紫外光源，有着重要的应用前景和广阔的市场需求。发光二极管器件分为正装、倒装和垂直结构。倒装与垂直结构可以通过加入金属导电反射层具有以下优点：将金属导电反射层作为电流扩展层，使电流从电极向有源区扩散的更均匀；同时将热直接传导到热导率较高的基板，再通过散热器散热，其热阻比正装结构小得多，因此更有潜力和应用价值。倒装和垂直结构的紫外LED需采用高反射的p型欧姆接触金属层，从而提高器件光效。在可见光波段常用的高反射欧姆接触金属如Ag等在紫外波段的反射率都大幅降低，主要金属中仅Al在紫外波段仍有较高的反射率。然而，Al与p-GaN或p-AlGaN不能形成欧姆接触。利用Al作为高反射层的办法是将Al覆盖在透明导电的p-GaN或p-AlGaN欧姆接触上，这种技术中，需要有有效的阻挡Al向透明导电欧姆接触层的扩散导致的欧姆接触被破坏。专利CN104810455A采用石墨烯-Ag复合结构的透明导电欧姆接触层，其中，石墨烯具有阻挡作用，可以进而提升其可靠性，但是其存在如下问题：首先石墨烯存在多畴结构，畴之间存在空隙，Al会穿过空隙并迁移，尤其是在100℃以上时会快速退化致其扩散，破坏p欧姆接触，对器件可靠性造成很大影响；同时Al和石墨烯粘附较差，容易剥落，目前没有技术能解决Al与石墨烯的粘附问题，从而极大地限制了倒装器件的制备。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的主要目的是要提供一种具有高透射率、低面电阻、高反射、良好p型欧姆接触的紫外发光二极管。本专利技术的另外一个目的是要提供一种制作该紫外发光二极管的方法。为实现本专利技术提供高出光率、高可靠性的紫外发光二极管的目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，包括主要由n型层、量子阱层和p型层组成的外延结构层，在p型层上依次设有p接触层、石墨烯透光层和导电反射层，所述欧姆接触层部分覆盖p型层表面，覆盖比小于30％，所述石墨烯透光层由多次转移的石墨烯堆叠而成，所述p接触层与p型层之间、p接触层与石墨烯透光层之间都为欧姆接触；优选的，所述欧姆接触层包含Ag，或者Au，或者Ni，或者上述金属的合金结构或多层结构；优选的，所述构成石墨烯透光层的至少两层石墨烯之间还包含部分覆盖的插入金属层，该金属层覆盖比率低于10％；优选的，所述插入金属导层为平铺的Ag或Au的纳米点或者纳米线；进一步优选的，所述金属插入层中所述Ag或Au纳米点的粒径为10nm～1μm，Ag或Au纳米线的直径为5～100nm、长度为5～100μm；优选的，所述导电反射层厚度为0.1～3μm，并且所述导电反射层具有高的导电性和反射率，导电反射层材料优选Al。为实现本专利技术的另外一个目的，本专利技术采用的技术方案为：高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件的制造方法，包括如下步骤：步骤S1、在衬底上生长外延结构层，外延层依次包括p型层、n型层和量子阱层；步骤S2、对于所述外延结构层进行刻蚀等加工，形成n接触孔；步骤S3、在p型层上通过蒸发或溅射，以及退火形成p接触层；步骤S4、在p接触层上通过多次转移石墨烯堆叠形成石墨烯透光层；步骤S5、在石墨烯透光层上通过蒸发高反射金属导电反射层，优选的，所述高反射导电金属层为150nm以上铝；步骤S6、在n接触孔上制备n区欧姆接触层；步骤S7、在p区高反射金属导电层和n区欧姆接触层上分别形成p、n电极优选的，步骤S3中所述p接触层为1～5nm的Ag、Au、Ni单层，或上述金属多层结构在氮气或氮气与氧气混合气氛中快速退火而成，退火后金属聚集，覆盖率降低至30％以下；又或者，步骤S3由以下步骤组成：步骤S3a、蒸发或溅射3～100nm的Ag、Au、Ni、ITO单层或多层，通过光刻与腐蚀或剥离工艺形成圆形或多边形金属点阵列，金属点直径或对角长度为2～10μm，相邻金属点中心距离为金属点直径或对角长度的两倍或以上；步骤S3b、在氮气或氮气与氧气混合气氛中快速退火；优选的，步骤S4包含如下步骤：S4a、转移单层或多层石墨烯至p接触层之上；S4b、在转移石墨烯上还有插入金属层，插入金属层为1-2nm的Ni、Au或Ti，或者上述金属的合金结构或多层结构；S4c、重复S4a～S4b或S4a，达到所需转移层数；此外，步骤S4b的插入金属层的后续工艺还包括氮气气氛下快速退火。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术通过多次转移石墨烯阻挡Al扩散的能力也大大加强，提高了器件的接触、反射性能及可靠性；(2)P接触层覆盖比小于30％，保证其形成欧姆接触的同时有很高的光透过率；(3)优选方案通过石墨烯层之间以及石墨烯与Al之间增加插入金属层，改善了石墨烯层之间的电性连接，并解决了石墨烯与Al反射层的粘附性差的问题。综上所述从而使形成的紫外半导体发光器件相对现有技术具有高透射率、外部量子效率高、出光效率高、良好p型欧姆接触等特性、开启电压低、散热性好、可靠性高等优点。附图说明图1是本专利技术实施例1中多次转移石墨烯倒装GaN基紫外LED芯片的结构示意图；图2是本专利技术实施例2中直接退火多次转移石墨烯倒装GaN基紫外LED芯片的结构示意图；图3是本专利技术实施例3中含插入金属层的多次转移石墨烯倒装GaN基紫外LED芯片的结构示意图；图4是p接触层的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合实施例详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1参照图1，本GaN基紫外LED结构主要由蓝宝石衬底101，及在衬底上生长的外延层，接触电极组成。自衬底往上，外延层依次包括：AlN缓冲层102，n-AlGaN电子层103、量子阱层104，p型层105。外延生长后，外延层被刻蚀出台面和n接触孔，台面表面为原外延层表面，n接触孔表面为n-AlGaN层。台面上依次设置有p接触层106，多次转移的石墨烯堆叠形成的石墨烯透光层107和导电反射层108，以及p型电极109，共同构成p型层的反射欧姆接触电极。其中，p接触层106为金属点阵列，金属点直径或对角长度为2～10μm，相邻金属点中心距离为金属点直径或对角长度的两倍或以上。n接触孔内设置有n型欧姆接触电极110。以下详细说明该GaN基紫外LED芯片的制造步骤：步骤S1：在蓝宝石衬底101上，利用MOCVD工艺，依次生长外延层，外延层依次包括AlN缓冲层102，n-AlGaN电子层103、InGaN/AlGaN多量子阱层104，AlGaNp型层105。步骤S2、通过光刻和刻蚀工艺从p-AlGaN层刻蚀至n-AlGaN层，形成n-AlGaN台面和n接触孔；步骤S3a、蒸发3nm的Ag，通过光刻与腐蚀工艺形成圆形或多边形金属点阵列，金属点直径或对角长度为2～10μm，相邻金属点中心距离为金属点直径或对角长度的两倍或以上，以图4点阵状分布，其中41为金属点，42为p型层；步骤S3b、在氮气中快速退火；以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，包括主要由n型层、量子阱层和p型层组成的外延结构层，在p型层上依次设有p接触层、石墨烯透光层和导电反射层，其特征在于所述欧姆接触层部分覆盖p型层表面，覆盖比小于30％，所述石墨烯透光层由多次转移的石墨烯堆叠而成，所述p接触层与p型层之间、p接触层与石墨烯透光层之间都为欧姆接触。

【技术特征摘要】
1.一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，包括主要由n型层、量子阱层和p型层组成的外延结构层，在p型层上依次设有p接触层、石墨烯透光层和导电反射层，其特征在于所述欧姆接触层部分覆盖p型层表面，覆盖比小于30％，所述石墨烯透光层由多次转移的石墨烯堆叠而成，所述p接触层与p型层之间、p接触层与石墨烯透光层之间都为欧姆接触。2.根据权利要求1所述的紫外半导体发光器件，其特征在于所述欧姆接触层包含Ag，或者Au，或者Ni，或者上述金属的合金结构或多层结构。3.根据权利要求1所述的一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，其特征在于所述构成石墨烯透光层的至少两层石墨烯之间还包含部分覆盖的插入金属层，该金属层覆盖比率低于10％。4.根据权利要求3所述的一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，其特征在于所述插入金属导层为平铺的Ag或Au的纳米点或者纳米线。5.根据权利要求4所述的一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，其特征在于所述金属插入层中所述Ag或Au纳米点的粒径为10nm～1μm，Ag或Au纳米线的直径为5～100nm、长度为5～100μm。6.根据权利要求1所述的一种高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件，其特征在于所述导电反射层厚度为0.1～3μm，并且所述导电反射层具有高的导电性和反射率，导电反射层材料优选Al。7.高出光率、高可靠性的紫外发光二极管器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、在衬底上生长外延结构层，外延层依次包括p型层、n型层和量子阱层；步骤S2、对于所述外延结构层进行刻蚀等加工，形成n接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安生，周玉刚，张荣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32