CN220753458U - 一种紫外发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种紫外发光二极管，包括紫外发光二极管外延面，所述紫外发光二极管外延面包括P型半导体层，其特征在于，所述P型半导体层上设有透明导电电极膜层，所述透明导电电极膜层包括ITO层，以及覆盖在所述ITO层上的Ag层和覆盖在所述Ag层上的Ga2O3层。本实用新型提供的紫外发光二极管，其具有ITO/Ag/Ga2O3结构的透明导电电极膜层，最终使得紫外发光二极管的电光转换效率更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管领域，尤其涉及紫外发光二极管。
背景技术
现有技术中，为了提高发光二极管的发光效率以及延长使用寿命，常常采用透明电极代替传统电极，透明电极能够使得电流分布均匀，进而提升发光二极管的发光效应。
氧化铟锡(ITO)，是一种置换固溶体，透明茶色薄膜或黄偏灰色块状，由90％In2O3和10％SnO2混合而成，是透明导电薄膜的主要材料，然而ITO作为透明导电薄膜存在很多问题，比如，因氧化铟锡为N型材料，虽然其透过率可达到90％以上，然而其接触电阻率相对较高，工作电压较大。这会降低发光二极管的使用寿命，从而无法良好的提高发光二极管的发光效率。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种紫外发光二极管，其能够提高电光转换效率。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种紫外发光二极管，包括紫外发光二极管外延面，所述紫外发光二极管外延面包括P型半导体层，其特征在于，所述P型半导体层上设有透明导电电极膜层，所述透明导电电极膜层包括ITO层，以及覆盖在所述ITO层上的Ag层和覆盖在所述Ag层上的Ga2O3层。
在一种实施方式中，所述Ga2O3层的厚度为35nm～40nm。
在一种实施方式中，所述Ag层的厚度为15nm～20nm。
在一种实施方式中，所述ITO层的厚度为10nm～15nm。
在一种实施方式中，所述透明导电电极膜层为经过退火处理的透明导电电极膜层。
在一种实施方式中，所述透明导电电极膜层上设有金属电极。
在一种实施方式中，所述金属电极的结构为Cr/Al/Ti/Au。
在一种实施方式中，所述紫外发光二极管外延面包括衬底、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层。
在一种实施方式中，所述N型半导体层上设有N电极。
本实用新型，具有如下有益效果：
本实用新型提供的紫外发光二极管，包括紫外发光二极管外延面，所述紫外发光二极管外延面包括P型半导体层，其特征在于，所述P型半导体层上设有透明导电电极膜层，所述透明导电电极膜层包括ITO层，以及覆盖在所述ITO层上的Ag层和覆盖在所述Ag层上的Ga2O3层。传统透明导电电极的膜层为ITO，本实用新型具有ITO/Ag/Ga2O3结构的透明导电电极膜层，最终使得紫外发光二极管的电光转换效率更高。
附图说明
图1是本实用新型一种紫外发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
鉴于上述问题，本实用新型提供了一种紫外发光二极管，如图1所示，本实用新型提供了一种紫外发光二极管，包括紫外发光二极管外延面，所述紫外发光二极管外延面包括P型半导体层4，其特征在于，所述P型半导体层4上设有透明导电电极膜层5，所述透明导电电极膜层5包括ITO层51，以及覆盖在所述ITO层51上的Ag层52和覆盖在所述Ag层52上的Ga2O3层53。
在一种实施方式中，所述Ga2O3层53的厚度为35nm～40nm；所述Ga2O3层53的示例性厚度为36nm、37nm、38nm、39nm，但不限于此。需要说明的是，发明人发现，随着Ga2O3层5的厚度的增加，所述透明导电电极膜层5的方块电阻先降低再增大。优选地，所述Ga2O3层5的厚度为37nm～38nm，此时所述透明导电电极膜层5的方块电阻能够达到最小值。并且，所述Ga2O3层5的厚度对所述透明导电电极膜层5与P型半导体层4间的欧姆接触特性影响不大。
在一种实施方式中，所述Ag层52的厚度为15nm～20nm；所述Ag层52的示例性厚度为16nm、17nm、18nm、19nm，但不限于此。优选地，所述Ag层52的厚度为17nm～18nm。在一种实施方式中，所述ITO层51的厚度为10nm～15nm。所述ITO层51的示例性厚度为11nm、12nm、13nm、14nm，但不限于此。优选地，所述ITO层51的厚度为11nm～12nm。
将本实用新型提供的ITO/Ag/Ga2O3结构的透明导电电极膜层5与传统ITO膜层进行光学性质和电学性质对比。具体对比过程如下：
(1)在石英片和紫外LED外延片上沉积厚度为60nm的传统ITO薄膜。60nm的ITO使用优化后的条件进行退火，退火氛围均为氮气(N2)和氧气(O2)的混合物，退火温度为550℃，退火时间为2分钟。
(2)在石英片和紫外LED外延片上沉积所述透明导电电极膜层。先在石英片和外延片上沉积厚度为12nm的ITO接触层，并对其进行快速热退火处理，在氮氧氛围550℃的温度下退火1分钟，通过磁控溅射镀膜机沉积厚度为17.5nm的Ag层和厚度为37.5nm的Ga2O3层，然后在600℃的氮氧氛围下进行整体退火1分钟。
对比传统ITO层与所述透明导电电极膜层的透过率。在365nm处，传统ITO与所述透明导电电极膜层的透过率分别为80.2％和86.7％，而在340nm处，所述透明导电电极膜层的透过率达到最大值，为90.9％，而传统ITO薄膜的透过率仅有79.4％。所述透明导电电极膜层的方块电阻比传统ITO薄膜的方块电阻要低，所述透明导电电极膜层的方块电阻为2.82Ω/sq，而传统ITO薄膜的方块电阻为51.55Ω/sq。
由此可知，本实用新型提供的所述透明导电电极膜层5的光学性质和电学性质优于传统ITO薄膜。
进一步地，为了使得所述透明导电电极膜层5与P型半导体层4间形成欧姆接触，在一种实施方式中，所述透明导电电极膜层5为经过退火处理的透明导电电极膜层5。优选地，退火处理的温度为590℃～610℃，退火时间为1min～2min。在一种实施方式中，所述透明导电电极膜层5上设有金属电极。优选地，所述金属电极的结构为Cr/Al/Ti/Au。除此之外，在一种实施方式中，所述紫外发光二极管外延面包括衬底1、N型半导体层2、多量子阱层3和P型半导体层4。在一种实施方式中，所述N型半导体层2上设有N电极。
将本实用新型提供的ITO/Ag/Ga2O3结构的透明导电电极膜层5与传统ITO膜层设置在正装紫外LED芯片上进行电性对比。具体对比过程如下：
利用所述透明导电电极膜层作为透明导电电极，制备365nm正装紫外LED芯片A；采用传统60nm的ITO制备365nm正装紫外LED芯片B。正装紫外LED芯片的制备工艺流程主要如下：紫外LED外延片的清洗、mesa台阶的刻蚀、沉积电流阻挡层、沉积所述透明导电电极膜层或者传统60nm的ITO、沉积钝化层、沉积Cr/Al/Ti/Au电极。具体流程如下：
(a)首先对紫外LED外延片进行清洗，利用丙酮超声清洗10分钟，异丙醇超声清洗10分钟，然后用去离子水冲洗干净，用氮气吹干。
(b)通过紫外光刻机做好光刻后，利用感应耦合等离子体刻蚀系统刻蚀mesa台阶，使N型半导体层露出来。本实验所设计的芯片的尺寸为14mil×28mil。
(c)利用等离子体增强化学气相沉积系统沉积SiO2作为电流阻挡层,接着在SiO2上做完光刻后，利用氢氟酸(HF)溶液进行腐蚀。
(d)沉积透明导电电极前，先对紫外LED外延片进行化学处理。先利用硫酸双氧水溶液在水浴90℃的条件下侵泡10分钟，把留在LED外延片上氧化物去除掉，然后用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。接着在氨水溶液中60℃水浴侵泡10分钟，使LED外延片表面提供氢氧根离子(OH-)，从而提高薄膜的沉积质量，同样用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。最后利用热板在105℃下烘烤5分钟，把上面剩余的水分去除掉。接着利用电子束蒸发镀膜机或者磁控溅射镀膜机沉积所述透明导电电极膜层5或者传统60nm的ITO，然后在快速退火炉里进行退火，使薄膜进行重结晶，并且与P型半导体层形成欧姆接触。在导电电极上做完光刻后，利用湿法腐蚀的方式腐蚀出电极。
(5)利用PECVD沉积SiO2作为钝化层，接着在SiO2上做完光刻后，利用HF溶液腐蚀出需要沉积电极的地方。
(6)利用电子束蒸发镀膜机沉积Cr/Al/Ti/Au电极，然后利用剥离的方式剥离多余的金属，完成电极图案的制备。
采用传统60nm的ITO制备365nm正装紫外LED时，LED芯片在120mA注入电流下的电压为4.31V。而采用ITO/Ag/Ga2O3结构的所述透明导电电极膜层制备365nm正装紫外LED时，紫外LED芯片在120mA注入电流下的电压为3.97V，比采用传统ITO作为电极时降低了0.34V，原因是ITO/Ag/Ga2O3电极薄膜有更低的方块电阻，仅有2.82Ω/sq，而ITO的方块电阻为51.55Ω/sq，使得LED的注入电流扩展得更好。
并且，采用ITO制备365nm正装紫外LED时，紫外LED芯片在120mA注入电流下的输出光功率为13.60mW。而采用ITO/Ag/Ga2O3结构的所述透明导电电极膜层制备365nm正装紫外LED时，紫外LED芯片在120mA注入电流下的输出光功率提高为16.29mW，比采用传统ITO作为透明电极时提高了19.8％，原因是所述透明导电电极膜层的透过率比ITO电极高，从而使得紫外LED芯片的输出光功率的提高。同时由于所述透明导电电极膜层有更低的方块电阻，因此它的电流扩散性能更好，能够充分利用整个LED芯片的发光面，使输出光功率得到提高。
进一步地，比较两种紫外LED芯片的电光转化效率，采用ITO制备365nm正装紫外LED时，紫外LED芯片在120mA注入电流下的电光转化效率为2.62％。而采用ITO/Ag/Ga2O3结构的所述透明导电电极膜层制备365nm正装紫外LED时，紫外LED芯片在120mA注入电流下的电光转化效率为3.39％，相较于之前提高了29.4％。这是因为采用所述透明导电电极膜层制备紫外LED时，有更低的工作电压和更高的光输出功率，使得电光转化效率得到提高。
综上，在正装紫外LED芯片上，采用所述透明导电电极膜层制备得到的紫外LED的光电性能优于传统ITO膜层制备得到的紫外LED，即得到的紫外LED的光效更高。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种紫外发光二极管，包括紫外发光二极管外延面，所述紫外发光二极管外延面包括P型半导体层，其特征在于，所述P型半导体层上设有透明导电电极膜层，所述透明导电电极膜层包括ITO层，以及覆盖在所述ITO层上的Ag层和覆盖在所述Ag层上的Ga2O3层。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述Ga2O3层的厚度为35nm~40nm。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述Ag层的厚度为15nm~20nm。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述ITO层的厚度为10nm~15nm。
5.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述透明导电电极膜层为经过退火处理的透明导电电极膜层。
6.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述透明导电电极膜层上设有金属电极。
7.根据权利要求6所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述金属电极的结构为Cr/Al/Ti/Au。
8.根据权利要求1所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述紫外发光二极管外延面包括衬底、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层。
9.根据权利要求8所述的紫外发光二极管，其特征在于，所述N型半导体层上设有N电极。
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