UVLED的双层金属反射电极、UVLED及提高UVLED的光提取效率的方法

本发明涉及半导体照明，具体涉及一种uvled的双层金属反射电极、uvled及提高uvled的光提取效率的方法。

背景技术：

1、由于algan基深紫外发光二极管（ultraviolet light emitting diodes，简称uvled）具有禁带连续可调、制备工艺较成熟和生产成本较低等优点，algan基uvled在荧光检测、杀菌消毒、水净化、生物医疗等领域都有重要的应用和广阔的市场前景。

2、然而，目前algan基uvled的光提取效率（light extraction efficiency，简称lee）仍然很低，这主要是由于algan基uvled具有独特的光学偏振特性和较大折射率差导致的界面全反射。而光的界面全反射会限制光的出射，导致光提取效率降低、更多的光被器件材料吸收转化为热能等问题。

3、研究表明，在器件的出射表面刻蚀图形，例如三棱柱、四棱锥、半球等结构，能够有效提高其光提取效率。此外，在对于倒装led结构，在金属反射层构建微纳结构，如纳米颗粒、倾斜反射侧壁等，能够提高散射或反射，从而提高光提取效率。但这些结构通常为非平面结构，容易导致器件出现漏电等情况。

技术实现思路

1、为了解决上述问题中的至少一种，根据本发明的一个方面，提供了一种uvled的双层金属反射电极。

2、该uvled的双层金属反射电极包括第一金属反射层、介质层、接触层和第二金属反射层；其中，第一金属反射层、介质层和第二金属反射层沿外延方向排布，介质层将第一金属反射层与第二金属反射层分隔开；第一金属反射层和介质层上设置有容纳接触层的容纳空间，接触层的朝向第二金属反射层的一端与第二金属反射层接触，接触层的背离第二金属反射层的一端与第一金属反射层一起构成一平面。

3、由于双层金属反射电极为平面结构，可以避免使用过程中出现漏电的情况；而且，由于介质层位于第一金属反射层和第二金属反射层之间，可以使第一金属反射层和第二金属反射层之间形成间隔，而间隔能够使第一金属反射层激发的局域等离子激元与下层的第二金属反射层发生耦合，形成光的局域增强，当第一金属反射层反射的光与第二金属反射层反射的光相干增强时，能够增强局域的反射光，且能够对局域反射光进行有效的相位调制；当光通过第一金属反射层、介质层、第二金属反射层激发的磁偶极子共振能够局域于第一金属反射层和第二金属反射层之间，且接触层包含gan材质时，可以减少接触层中gan对深紫外光的强吸收；同时，介质层还能够对第一金属反射层起到物理支撑的作用；此外，接触层的设置可以为双层金属反射电极与其他结构连接时实现电气连接，确保电流能够顺畅地流入和流出uvled芯片，从而激发芯片发光。

4、在一些实施例中，第一金属反射层由金属纳米阵列构成；金属纳米阵列由金属纳米柱构成；金属纳米柱之间为接触层的容纳空间。由此，光可以通过第一金属反射层、介质层、第二金属反射层激发局域的磁偶极子共振，从而能够使光局域在第一金属反射层和第二金属反射层之间的介质层，当接触层包含gan材质时，可以减少gan对深紫外光的强吸收；还可以根据不同尺寸的金属纳米柱的局域反射光相位不同，利用不同尺寸金属纳米柱局域激发的磁偶极子共振对局域反射光的相位进行调控，控制部分反射光的波前，使更多的反射光位于uvled的逃逸光锥内，从而进一步提高uv-led的光提取效率。

5、在一些实施方式中，第二金属反射层的厚度t1＞100nm，以确保uvled具有较高的反射效率；和/或接触层的厚度h的取值范围为60nm~150nm，以确保uvled具有较高的反射效率。由于双层金属反射电极的厚度远小于uvled发出的光的波长，从而能够提高双层金属反射电极的光散射，提高uv-led的光提取效率。

6、在一些实施方式中，第一金属反射层的厚度t2的取值范围为20nm~50nm。在这个厚度范围内，激发的局域等离子共振效率较高，同时也较容易通过现有工艺实现。

7、在一些实施方式中，金属纳米柱的间距d大于金属纳米柱的直径r，以避免两个金属纳米柱出现重叠区域；d＜，为uvled在真空中的中心波长，以避免出现光的衍射和不连续现象，保证电场调制效果和uvled的出光效果。d和r的值可以通过fdtd仿真优化。

8、在一些实施方式中，介质层的厚度g=h-t2，且g=/2ng，其中，ng为介质层所选用的材料的有效折射率。由此，可以通过对t2和g的取值的调整，使第一金属反射层和第二金属反射层的反射光相干增强，以提高反射率；而且，介质层选取这个厚度能够使第一金属反射层反射的光与第二金属反射层反射的光相干增强，从而能够增强局域反射光，且能够对局域反射光进行相位调制。优选的，t2和g可以通过fdtd仿真得到优化值。

9、在一些实施方式中，第一金属反射层和第二金属反射层两者中的至少一者选用对深紫外波段反射系数大于0.4和/或吸收系数小于1.8×106/cm的材料制成。由此，可以通过对第一金属反射层和第二金属反射层的调整，实现对反射光相干增强，从而提高双层金属反射电极对光的反射率。

10、在一些实施方式中，第一金属反射层包含au、ag和al三种材料中的至少一种；和/或第二金属反射层包含au、ag和al三种材料中的至少一种。以保证第一金属反射层和第二金属反射层具有较高的反射率。

11、在一些实施方式中，接触层选用欧姆接触较小且生长缺陷小的材料制成，例如，接触层为p-gan或p-algan；和/或介质层包含能够沉积在第一金属反射层和第二金属反射层上沉积的介质材料，且介质材料为对深紫外吸收能力小于p-gan的材料，或对深紫外的吸收系数小于1.7×105/cm的材料，例如，选用sio2、tio2、al2o3和mgf2四种材料中的至少一种材料。

12、在一些实施方式中，双层金属反射电极为p型电极，接触层为p-gan或p-algan。对于p-gan接触层，虽然p-gan的对深紫外光的吸收极强，第二金属反射层能够阻挡部分光与p-gan接触层的接触，从而减少p-gan对光的吸收；对于p-algan接触层，p-algan对深紫外光的吸收较弱。选用p-gan或p-algan作为接触层的材料可以保持较简洁的工艺，较低的成本。

13、在一些实施方式中，金属纳米柱的直径r不完全相同。对于p-gan接触层和p-algan接触层，不同大小的金属纳米柱激发的磁偶极子具有不同的电磁场调控能力，利用不同大小的金属纳米阵列形成天线阵列，能够调制反射光的波前，对提高反射光的光提取效更有效。

14、在一些实施方式中，金属纳米阵列的相位分布为：

15、；

16、其中，为金属纳米阵列的焦距，为向下取整数运算，为uvled在真空中的中心波长，为相位变化随金属纳米柱的直径r变化的最大值。由此，可以通过透镜的相位调制，使反射光更多地汇聚到uvled的光子逃逸光锥中，从而提高uvled的光提取效率。

17、根据本发明的另一方方面，提供了一种uvled，该uvled包括前述的双层金属反射电极；uvled为倒装uvled；和/或双层金属反射电极为p型双层金属反射电极。由此，可以避免使用过程中出现漏电的情况。

18、根据本发明的又一方面，提供了一种提高uvled的光提取效率的方法。

19、该提高uvled的光提取效率的方法中，uvled包括前述的双层金属反射电极；或uvled为前述的uvled；接触层的厚度h的取值范围为60nm~150nm，介质层的厚度g=h-t2，t2和g的最优值通过fdtd仿真得到双层金属反射电极，由此，可以通过对t2和g的取值的调整，使第一金属反射层和第二金属反射层的反射光相干增强，以提高反射率；和/或金属纳米阵列由金属纳米柱构成，接触层填充于相邻金属纳米柱之间、以及介质层的容纳接触层的容纳空间中，金属纳米柱的间距d和金属纳米柱的直径r两者中的至少一者的最优值通过fdtd仿真得到。