提高发光效率的紫外发光二极管芯片及其制备方法与流程

1.本公开涉及到了发光二极管技术领域，特别涉及到一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片及其制备方法。


背景技术：

2.紫外发光二极管是一种用于光固化的发光产品，常用于杀菌消毒、食物封口材料固化、医用胶固化等，提高发光效率的紫外发光二极管芯片则是用于制备紫外发光二极管的一种基础结构。提高发光效率的紫外发光二极管芯片通常包括外延片、n电极与p电极，外延片包括衬底及衬底上生长的n型algan层、gan/algan多量子阱层、p型algan层、p型欧姆接触层与氧化铟锡层，n电极与p电极分别连通至n型algan层与氧化铟锡层。
3.氧化铟锡层可以与p型欧姆接触层以及电极之间形成良好的欧姆接触，但氧化铟锡层对紫外光线的吸收非常严重，会降低紫外发光二极管的出光效率。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片及其制备方法，可以提高紫外发光二极管的出光效率。所述技术方案如下：
5.本公开实施例提供可一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片，所述提高发光效率的紫外发光二极管芯片包括外延片、n电极与p电极，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型algan层、gan/algan多量子阱层、p型algan层及p型gan欧姆接触层，所述n电极与所述p电极分别连通至所述n型algan层与所述p型gan欧姆接触层，
6.所述p电极包括依次层叠的氧化钼层与al金属层。
7.可选地，所述al金属层的厚度与所述氧化钼层的厚度之比为200:1～100:3。
8.可选地，所述氧化钼层的厚度为1～3nm。
9.可选地，所述al金属层的厚度为100～200nm。
10.本公开实施例提供了一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法，所述提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法包括：
11.提供一衬底；
12.在所述衬底上生长n型algan层；
13.在所述n型algan层上生长gan/algan多量子阱层；
14.在所述gan/algan多量子阱层上生长p型algan层；
15.在所述p型algan层上生长p型gan欧姆接触层；
16.在所述p型gan欧姆接触层上制备延伸至所述n型algan层的凹槽；
17.在所述n型algan层被所述凹槽暴露的表面形成n电极；
18.在所述p型gan欧姆接触层上形成p电极，所述p电极包括依次层叠的氧化钼层与al金属层。
19.可选地，所述在所述p型gan欧姆接触层上形成p电极，包括：
20.在300℃～400℃的温度条件下生长所述氧化钼层；在500℃～600℃的温度条件下生长所述al金属层。
21.可选地，所述在所述p型gan欧姆接触层上形成p电极，包括：
22.在1～10torr的压力条件下生长所述氧化钼层；在10～100torr的压力条件下生长所述al金属层。
23.可选地，所述制备方法还包括：
24.在300～400℃的条件下对所述p电极进行退火。
25.可选地，对所述p电极进行退火的时长为1～5min。
26.可选地，所述p电极在氮气氛围下退火。
27.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
28.将提高发光效率的紫外发光二极管芯片中与p型gan欧姆接触层相接触的，p型氮化镓材料、氧化钼材料与al金属材料之间可具有较好的粘附性，最终得到的p电极与p型gan欧姆接触层之间可以形成稳定的接触；氧化钼的功函数与p型氮化镓的费米能级较为接近，氧化钼层可以与p型gan欧姆接触层之间形成良好的欧姆接触，使得p电极与p型gan欧姆接触层之间的欧姆接触较低，降低紫外发光二极管的工作电压。功函数略高于p型gan欧姆接触层的氧化钼层，还可以使p型gan欧姆接触层的能带向上弯曲，空穴通过界面时无需越过势垒，从而提高空穴的注入效率，提高紫外发光二极管的内量子发光效率，另外氧化钼在短波紫外波段具有较高的透过率，几乎不吸收紫外光线，而氧化钼层上的al金属层则可以将紫外光线有效反射而不是吸收，被反射的大部分光线可以从紫外发光二极管的侧壁出射，提高紫外发光二极管的外量子发光效率。最终可以得到发光效率有效提高且性能稳定的紫外发光二极管。
附图说明
29.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本公开实施例提供的一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构示意图；
31.图2是本公开实施例提供的另一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构示意图；
32.图3是本公开实施例提供的一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法流程图；
33.图4是本公开实施例提供的另一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法流程图。
具体实施方式
34.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
35.图1是本公开实施例提供的一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供可一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片，提高发光效率的紫外发光二极管芯片包括外延片1、n电极2与p电极3，外延片1包括衬底11及依次层叠在衬底11上的n型algan层12、gan/algan多量子阱层13、p型algan层14与p型gan欧姆接触层15，n电极2与p电极3分别连通至n型algan层12与p型gan欧姆接触层15。p电极3包括依次层叠的氧化钼层31与al金属层32。
36.将提高发光效率的紫外发光二极管芯片中与p型gan欧姆接触层15相接触的，p型氮化镓材料、氧化钼材料与al金属材料之间可具有较好的粘附性，最终得到的p电极3与p型gan欧姆接触层15之间可以形成稳定的接触；氧化钼的功函数与p型氮化镓的费米能级较为接近，氧化钼层31可以与p型gan欧姆接触层15之间形成良好的欧姆接触，使得p电极3与p型gan欧姆接触层15之间的欧姆接触较低，降低紫外发光二极管的工作电压。功函数略高于p型gan欧姆接触层15的氧化钼层31，还可以使p型gan欧姆接触层15的能带向上弯曲，空穴通过界面时无需越过势垒，从而提高空穴的注入效率，提高紫外发光二极管的内量子发光效率，另外氧化钼在短波紫外波段具有较高的透过率，几乎不吸收紫外光线，而氧化钼层31上的al金属层32则可以将紫外光线有效反射而不是吸收，被反射的大部分光线可以从紫外发光二极管的侧壁出射，提高紫外发光二极管的外量子发光效率。最终可以得到发光效率有效提高且性能稳定的紫外发光二极管。
37.需要说明的是，氧化钼的化学式为moo
x
(2<x<3)，完全化学配比下，mo呈现 6价，为moo3，但实际制备得到的moo
x
薄膜并非是完全配比的moo
x
，moo
x
薄膜中会存在部分氧空位，mo呈现 4价和 5价，moo3的功函数为6.9ev，moo2的功函数为5.5ev，moo
x
(2<x<3)的功函数为5.5～6.9ev。和p型氮化镓材料的费米能级较为接近。
38.可选地，al金属层32的厚度与氧化钼层31的厚度之比为200:1～100:3。
39.al金属层32的厚度与氧化钼层31的厚度之比在以上范围内时，氧化钼层31可以实现与p型gan欧姆接触层15之间以及al金属层32之间形成良好的接触，而氧化钼层31上的al金属层32也可以有效保证对紫外光线的反射，而不会吸收紫外光线，提高紫外发光二极管的发光效率且p电极3本身的制备成本也不会过高。
40.示例性地，氧化钼层31的厚度为1～3nm。
41.氧化钼层31的厚度在以上范围内，氧化钼层31可以实现与p型gan欧姆接触层15之间以及al金属层32之间形成良好的接触，且透光性也较好，可以提高紫外发光二极管的发光效率且p电极3本身的制备成本也不会过高。
42.可选地，al金属层32的厚度为100～200nm。
43.al金属层32的厚度在以上范围内，al金属层32可以有效反射紫外光线，且p电极3本身的制备成本也不会过高。
44.需要说明的是，n电极2连通至n型algan层12，可以通过在p型algan层14上制备延伸至n型algan层12的凹槽得到，n电极2制备在n型algan层12被凹槽暴露的表面即可连通至n型algan层12。图1中显示了凹槽的附图标识为s。
45.图2是本公开实施例提供的另一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构示意图，参考图2可知，在本公开实施例提供的另一种实现方式中，提高发光效率的紫外发光二极管芯片可包括外延片1、n电极2与p电极3，外延片1包括衬底11及衬底11上依次层叠的
缓冲层16、未掺杂algan层17、n型algan层12、gan/algan多量子阱层13、电子阻挡层18、p型algan层14、p型gan欧姆接触层15，n电极2与p电极3分别连通至n型algan层12与p型gan欧姆接触层15。
46.示例性地，缓冲层16为aln层。能够有效缓解衬底11与缓冲层16之后的结构的晶格失配。
47.可选地，缓冲层16的厚度为15～35nm。可以有效缓解晶格失配且不过度提高制备成本。
48.可选地，未掺杂algan层17的厚度可为0.1至3.0微米。
49.未掺杂algan层17的厚度较为恰当，成本较为合理的同时可以有效提高紫外发光二极管的质量。
50.可选地，n型algan层12的厚度可在1.5～3.5微米之间。
51.n型algan层12可以合理提供载流子，n型algan层12本身的质量也好。
52.示例性地，n型algan层12中所掺杂的n型元素可为si元素。
53.示例性地，gan/algan多量子阱层13可为多量子阱结构。gan/algan多量子阱层13包括交替层叠的gan层和alxga1
‑
xn层，其中，0<x<0.3。发光效率较好。
54.gan层和alxga1
‑
xn层的层数可相同，且层数均可为4到12。得到的gan/algan多量子阱层13的质量较好，成本也较为合理。
55.可选地，gan层的厚度可在3nm左右，alxga1
‑
xn层的厚度可在8nm至20nm间。可以有效捕捉载流子并发光。
56.示例性地，电子阻挡层18可为p型al
y
ga1‑
y
n层0.2<y<0.5，p型al
y
ga1‑
y
n层的厚度可为15nm至60nm之间。阻挡电子的效果较好。
57.示例性地，p型algan层14可为p型掺杂algan层。便于制备与获取。
58.可选地，p型algan层14的厚度为50～300nm。得到的p型algan层14整体的质量较好。
59.可选地，p型gan接触层的厚度为10～100nm。
60.p型gan欧姆接触层15的厚度在以上范围内时，p型gan欧姆接触层15的质量较好，保证最终得到的紫外发光二极管的质量较好。
61.示例性地，在本公开所提供的一种实现方式中，n电极2的材料包括cr、ti、au、al、ni或pt中的至少两种。可以得到质量较为稳定的n电极2。
62.在本公开所提供的一种实现方式中，n电极2可以包括依次层叠形成的ti/al/ni/au，各金属层厚度ti 20nm、al 200nm、ni 20nm、au 100nm，ti的功函数比较低(4.3ev)，可以和n型algan层12形成良好的欧姆接触，粘附性也较好；al的电流扩展性能比较好，用于增强电极的导电性，au为重金属用作保护层，防止内层金属氧化，ni可以抑制样品在退火过程中au和内层金属al之间的相互扩散。能够得到质量较好的紫外发光二极管。
63.需要说明的是，图2中所示的p电极3的结构与图1中所示的p电极3的结构相同，因此此处不再赘述。
64.图2中所示的提高发光效率的紫外发光二极管芯片相对图1中所示的提高发光效率的紫外发光二极管芯片，增加了缓冲层16、未掺杂algan层17以及电子阻挡层18等层次结构，最终得到的紫外发光二极管的质量可以进一步得到提高。
65.图2仅为本公开实施例提供的紫外发光二极管的一种实现方式，在本公开所提供的其他实现方式中，紫外发光二极管也可为包括有反射层的其他形式的紫外发光二极管，本公开对此不做限制。
66.需要说明的是，电极在制备时，可以制备在p型gan欧姆接触层15上，电极与p型gan欧姆接触层15之间形成欧姆接触。
67.图3是本公开实施例提供的一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法流程图，如图3所示，该提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法包括：
68.s101：提供一衬底。
69.s102：在衬底上生长n型algan层。
70.s103：在n型algan层上生长gan/algan多量子阱层。
71.s104：在gan/algan多量子阱层上生长p型algan层。
72.s105：在p型algan层上生长p型gan欧姆接触层。
73.s106：在p型gan欧姆接触层上制备延伸至n型algan层的凹槽。
74.s107：在n型algan层被凹槽暴露的表面形成n电极。
75.s108：在p型gan欧姆接触层上形成p电极，p电极包括依次层叠的氧化钼层与al金属层。
76.图3中所示的提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法的技术效果与图1中所示的提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构对应的技术效果相同，因此图3所示的制备方法的技术效果可参考图1中所示的技术效果，此处不再赘述。
77.示例性地，步骤s108中，氧化钼层与al金属层均可通过蒸镀得到。能够保证最终得到的p电极的内部质量较为均匀，得到的p电极较为稳定且质量较好。
78.可选地，步骤s108，包括：
79.在300℃～400℃的温度条件下生长氧化钼层；在500℃～600℃的温度条件下生长al金属层。
80.在以上温度条件下分别生长氧化钼层与al金属层，氧化钼层与al金属层本身的质量较好，且氧化钼层与al金属层之间也可以更好地连接，保证最终得到的p电极的性能较为稳定，整体质量较好。
81.可选地，步骤s108，还包括：
82.在1～10torr的压力条件下生长氧化钼层；在10～100torr的压力条件下生长al金属层。
83.在以上压力条件下分别生长氧化钼层与al金属层，氧化钼层与al金属层本身的质量较好，且氧化钼层与al金属层之间也可以更好地连接，保证最终得到的p电极的性能较为稳定，整体质量较好。
84.示例性地，氧化钼层生长时，向腔室内通入5～50sccm的()源，以生长得到氧化钼层。能够保证得到的氧化钼层的质量较好且不会过高地提高紫外发光二极管的制备成本。
85.示例性地，al金属层生长时，可以溅射得到al金属层。能够保证得到的al金属层的质量较好且不会过高地提高紫外发光二极管的制备成本。
86.图4是本公开实施例提供的另一种提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法流程图，如图4所示，该提高发光效率的紫外发光二极管芯片的制备方法包括：
87.s201：提供一衬底。
88.可选地，衬底可为蓝宝石衬底。
89.s202：在衬底上生长缓冲层，缓冲层为aln层。
90.步骤s202中的aln层可通过磁控溅射得到。
91.可选地，aln层的溅射温度为400～700℃，溅射功率为3000～5000w，压力为1～10torr。能够得到质量较好的缓冲层。
92.可选地，步骤s202还包括：对缓冲层进行原位退火处理，温度在1000℃～1200℃，压力区间为150torr～500torr，时间在5分钟至10分钟之间。可以进一步提高缓冲层的晶体质量。
93.s203：在缓冲层上生长未掺杂algan层。
94.可选地，未掺杂algan层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，压力为50～200torr。得到的未掺杂algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
95.可选地，未掺杂algan层的生长厚度在0.1至3.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
96.s204：在未掺杂algan层上生长n型algan层。
97.可选地，n型层为si掺杂的n型algan层。易于制备与获取。
98.可选地，n型algan层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，压力为50～200torr。得到的n型algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
99.示例性地，n型algan层的生长厚度在1至4.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
100.示例性地，n型algan层中，si掺杂浓度在10
18
cm
‑3‑
10
20
cm
‑3之间。
101.s205：在n型algan层上生长gan/algan多量子阱层。
102.可选地，gan/algan多量子阱层可包括多量子阱结构。gan/algan多量子阱层包括多个交替层叠的gan层和al
x
ga1‑
x
n层0<x<0.3。
103.示例性地，gan层的生长温度的范围在850℃
‑
950℃间，压力范围在100torr与300torr之间；al
x
ga1‑
x
n层的生长温度在900℃
‑
1000℃，生长压力在50torr到200torr之间。能够得到质量较好的gan/algan多量子阱层。
104.可选地，gan层的阱厚在3nm左右，垒的厚度在8nm至20nm间。得到的gan/algan多量子阱层的质量较好且成本合理。
105.s206：在gan/algan多量子阱层上生长电子阻挡层。
106.可选地，电子阻挡层可为p型al
y
ga1‑
y
n层0.2<y<0.5。
107.可选地，p型al
y
ga1‑
y
n层的生长温度为900℃
‑
1050℃，压力为50～200torr。得到的p型掺杂algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
108.示例性地，p型掺杂algan层的生长厚度在15至60纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
109.s207：在电子阻挡层上生长p型algan层。
110.可选地，p型algan层的生长温度为850℃
‑
1050℃，压力为50～200torr。得到的p型algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
111.示例性地，p型algan层的生长厚度在100至300纳米之间。能够提高最终得到的紫
外发光二极管的晶体质量。
112.s208：在p型algan层上生长p型gan欧姆接触层。
113.可选地，p型gan欧姆接触层的生长温度为950℃～1150℃、生长压力为100torr～200torr。能够得到质量较好的p型gan欧姆接触层。
114.s209：对p型gan欧姆接触层进行退火。
115.可选地，步骤s209中，退火温度为650℃～850℃，退火时长为5到15分钟，退火之后反应腔温度降温至20℃～30℃。可以有效释放p型gan欧姆接触层的应力，提高最终得到的提高发光效率的紫外发光二极管芯片的质量。
116.需要说明的是，此处的退火可以提高p型gan欧姆接触层的质量。
117.s210：在p型gan欧姆接触层上制备延伸至n型algan层的凹槽。
118.可选地，可以通过光刻工艺在p型gan欧姆接触层上制备延伸至n型algan层的凹槽。易于凹槽的制备。
119.s211：在n型algan层被凹槽暴露的表面形成n电极。
120.可选地，n电极可通过蒸镀得到。
121.s212：在p型gan欧姆接触层上形成p电极，p电极包括依次层叠的氧化钼层与al金属层。
122.步骤s212可参考图3中所示的制备方法的步骤s108，因此此处不再对步骤s212进行赘述。
123.s213：在300～400℃的条件下对p电极进行退火。
124.在300～400℃的条件下对p电极进行退火，退火之后p
‑
gan/moo
x
/al三者之间的粘附性可以得到增强，p电极变得更加均匀，光电性能得到改善。并且p电极内的部分氧化钼可以与金属al反应生成钼和al2o3，反应生成的部分钼与p型gan欧姆接触层相接，使p电极与p型gan欧姆接触层界面处势垒降低，会形成良好的欧姆接触，得到欧姆接触较低的p电极与p型gan欧姆接触层。最终得到的紫外发光二极管的工作电压会较低，紫外发光二极管的使用寿命可以得到延长。
125.可选地，对p电极进行退火的时长为1～5min。能够保证p电极内部进行充分反应，以提高p电极的整体质量。
126.示例性地，p电极在氮气氛围下退火。可以有效保护p电极，减小p电极内会进入的杂质，保证最终得到的p电极的质量较好。
127.执行完步骤s213后的提高发光效率的紫外发光二极管芯片的结构可参见图2。
128.需要说明的是，在本公开实施例中，采用veecok 465i or c4 or rb mocvd(metal organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现led的生长方法。采用高纯h2(氢气)或高纯n2(氮气)或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯nh3作为n源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，三甲基铝(tmal)作为铝源，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。
129.以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同
变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。