CN106058002A - 一种紫外发光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外发光器，包括N型电极和P型电极，所述N型电极和/或P型电极连接有反光件；当所述N型电极连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内；当所述P型电极连接有反光件时，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内；当所述N型电极和P型电极均连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内。反光件对紫外线具有反射作用，可以提高紫外发光器的出光效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种紫外发光器及紫外发光器。
背景技术
紫外线对细菌、病毒的杀灭作用一般在几秒内完成，紫外线消毒技术在所有消毒技术中，杀菌广谱性最高，几乎对所有的细菌、病毒都有高效杀灭作用。传统紫外光源是气体激光器和汞灯，存在着低效率、体积大、不环保和电压高等缺点，而深紫外LED光源具有功耗低、寿命长、无污染等优点。但是，在发光波长小于280纳米的深紫外领域，其发光二极管的发光功率和效率还相对很低，商用化的产品外部量子效率通常只有1-2%，导致紫外半导体发光器件效率偏低的原因就包括光的提取效率过低和内量子复合效率低。内量子复合效率低往往取决于发光器的材料质量，包括缓冲层的设计和质量至关重要。而光的提取效率低下往往是由于发光器材料内部的吸收和全反射导致。
基于此，目前迫切需要进一步开发新型的紫外发光器的芯片结构和具有高出光效率的紫外发光器的封装方式。
发明内容
本发明提供了一种紫外发光器，实现提高发光二极管结构的光导出效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种紫外发光器，所述紫外发光器包括N型电极和P型电极，所述N型电极和/或P型电极连接有反光件；当所述N型电极连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内；当所述P型电极连接有反光件时，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内；当所述N型电极和P型电极均连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内。
优选的，所述反光件为Al柱。
如上所述的紫外发光器，所述P型电极包括平面电极和与平面电极连接的柱状电极，所述P型层内设置有容纳柱状电极的腔体，所述腔体的底部嵌装有反光件，所述反光件与所述柱状电极连接。
进一步的，所述反光件为形成有NiO层的Al柱，所述NiO层与所述P型AlxGa1-xN 层接触。
进一步的，所述紫外发光器的P型半导体层包括P型AlxGa1-xN 层和P型GaN层，所述P型GaN层设置有容纳柱状电极的通孔，所述P型AlxGa1-xN 层设置有容纳反光件的腔体。
为了减少陈底层的全反射，所述紫外发光器的衬底层上设置有若干微米级或纳米级凸起结构，可以有效提高光输出效率。
如上所述的紫外发光器，包括依次形成的衬底层、缓冲层、N型AlxGa1-xN层、N+型AlxGa1-xN层、AlxGa1-xN电子空穴复合层、P型AlxGa1-xN 层和P型GaN层，所述N+型AlxGa1-xN层和P型AlxGa1-xN 层的带隙能级高于AlxGa1-xN电子空穴复合层的带隙能级。
如上所述的紫外发光器，所述缓冲层包括高温AlN缓冲层，所述高温AlN缓冲层上生长有低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层。
如上所述的紫外发光器，所述高温AlN层的生长温度大于1300度小于1500度，低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层生长温度大于800度小于1000度，x从0.95逐渐向下过渡直到接近或等于N型AlxGa1-xN层的x 值。
如上所述的紫外发光器，所述接近AlxGa1-xN电子空穴复合层的N+型AlxGa1-xN层为高掺杂薄膜N+型AlxGa1-xN层，然后过渡为N型AlxGa1-xN层。
如上所述的紫外发光器，所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度阶梯型增加直到接近或等同于N+型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，掺杂浓度大于1x1018cm3小于9x1019 cm3。
如上所述的紫外发光器，所述AlxGa1-xN电子空穴复合层是非掺杂区。
如上所述的紫外发光器，所述P型AlxGa1-xN 层x值大于0.2小于0.8。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的紫外发光器包括N型电极和P型电极，其中，N型电极和/或P型电极设置有反光件，反光件对紫外线具有反射作用，可以提高紫外发光器的出光效果。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例第一种紫外发光器的结构示意图。
图2为本发明具体实施例第二种紫外发光器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提出的紫外发光器包括N型电极9和P型电极10， N型电极9和/或P型电极10连接有反光件12；反光件12对紫外线具有反射作用，可以提高紫外发光器的出光效果。其中，N型电极的反光件设置于紫外发光器的N型半导体层内和/或P型电极的反光件设置于紫外发光器的P型半导体层。
具体的，本实施例以P型电极10连接有反光件12为例进行说明，N型电极9连接有反光件12的方式与此类似，不再赘述。
如图1所示，P型半导体层内设置有容纳反光件12的容纳腔，反光件12位于容纳腔内，P型电极10与P型半导体层接触，同时与反光件12接触。优选的，本实施例的反光件12具有紫外线反射作用的金属铝柱，以提高紫外发光器的出光效果。
本实施例的P型半导体层包括P型AlxGa1-xN 层7和P型GaN层8。其中，P型GaN层8设置有容纳反光件12的通孔，P型AlxGa1-xN 层7设置有容纳反光件12的容纳腔，反光件12位于容纳腔和通孔内。
衬底层1是紫外波段透光性大于90%的蓝宝石和氮化铝或者铝镓氮，衬底层1上设置有若干微米级或纳米级凸起结构11，以减少全反射。在衬底层1上通过纳米光刻技术和蚀刻技术形成若干微米级或纳米级凸起结构11能够有效提高二极管的光输出效率。其中，凸起结构11可以为半球形、圆锥台、椎体、多棱锥台等结构，但并不限定于上述结构。
本实施例的紫外发光器，包括依次形成的衬底层1、高温AlN缓冲层2、厚膜低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层3、厚膜N型AlxGa1-xN层4、薄膜N+型AlxGa1-xN层5、AlxGa1-xN电子空穴复合层6、P型AlxGa1-xN 层7和P型GaN层8。N+型AlxGa1-xN层5和P型AlxGa1-xN 层7的带隙能级高于AlxGa1-xN电子空穴复合层6的带隙能级。
接近AlxGa1-xN电子空穴复合层6的薄膜N+型AlxGa1-xN层5为高掺杂薄膜N+型AlxGa1- xN层，然后向下过渡为N型AlxGa1-xN层4。
缓冲层的设计包括高温AlN缓冲层2上面生长有3-10微米厚的低温AlN/AlxGa1-xN超晶格结构层3来提高晶体质量。
高温AlN层2的生长温度大于1300度小于1500度，低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层3生长温度大于800度小于1000度，x从0.95逐渐向下过渡直到接近或等于N型AlxGa1-xN层4的x值。低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层3膜厚大于3微米小于10微米。
N型AlxGa1-xN层4的掺杂浓度阶梯型增加直到接近或等同于N+型AlxGa1-xN层5的掺杂浓度，掺杂浓度大于1x1018cm3小于9x1019 cm3；N型AlxGa1-xN总体厚度大于2微米小于10微米。
AlxGa1-xN电子空穴复合层6是非掺杂区。
P型AlxGa1-xN 层7x值大于0.2小于0.8。P型GaN厚度大于50纳米小于500纳米。
其中，P型AlxGa1-xN 层7也可以替换为P型AlxGa1-xN超晶格结构。P型层可以没有P型GaN层8。
本实施例的紫外发光器的衬底层1厚度大于400纳米小于520纳米，为了提高生长均匀性减少高温氮化铝的生长应力，蓝宝石衬底的晶向特别选择在C轴线方向正向偏差0.2度到0.3度之间。蓝宝石衬底放入MOCVD高温设备之后，首先进行烘烤清扫30分钟到1小时，之后开始高温1300度到1500度之间进行高温氮化铝缓冲层的生长，然后进行低温800度到1000度生长AlN/AlxGa1-xN超晶格结构（x从0.95逐渐向下过渡直到接近或等于N型AlxGa1-xN层的x 值），超晶格膜厚大于3微米小于10微米，厚膜超晶格结构保证了后面生长材料的高质量的外延结构。厚膜N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度小于薄膜N+型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，浓度介于1x1017cm3和2x1018 cm3之间，厚度大于2微米小于10微米，N+型AlxGa1-xN层的厚度大于100纳米小于500纳米，位于N型层之上量子井发光区之下，浓度大于2x1018cm3。电子空穴复合层由不同x 比例的AlxGa1-xN复合组成，形成量子井，量子井区间内的半导体材料是非主动掺杂区，量子井的厚度大于100纳米小于500纳米。量子井区上生长的是P型Mg掺杂AlxGa1-xN 层(x值大于量子井层垒结构的x值，x值大于0.5小于0.8）)，这一层也可以进一步由P型AlxGa1-xN/P-AlxGa1-xN的超晶格结构组成，最后是P型GaN层，P型GaN层厚度大于50纳米小于500纳米，掺杂浓度大于1x1017cm3。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例反光件的设置方式与实施例以不同。下面对以P型电极的反光件的设置方式进行说明：
本实施例的P型电极10包括平面电极和与平面电极连接的柱状电极， P型层内设置有容纳柱状电极的腔体，腔体的底部嵌装有反光件12，反光件12与柱状电极连接。
如图2所示，本实施例紫外发光器的P型半导体层包括P型AlxGa1-xN 层7和P型GaN层8， P型GaN层8设置有容纳柱状电极的通孔， P型AlxGa1-xN 层7设置有容纳反光件12的腔体。
P型电极10包括平面电极和柱状电极，柱状电极还可以增加与P型掺杂GaN层8的欧姆接触面积，降低接触电阻，有利于电流的扩散。
反光件12为形成有NiO层的Al柱， NiO层与P型掺杂AlxGa1-xN 层7接触，也可以增加与P型掺杂GaN层8的欧姆接触面积，降低接触电阻，有利于电流的扩散。反光件12的形成过程为：在Al柱上蒸镀Ni后再在高温下氧化形成NiO层。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种紫外发光器，所述紫外发光器包括N型电极和P型电极，其特征在于，所述N型电极和/或P型电极连接有反光件；当所述N型电极连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内；当所述P型电极连接有反光件时，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内；当所述N型电极和P型电极均连接有反光件时，所述N型电极的反光件设置于所述紫外发光器的N型半导体层内，所述P型电极的反光件设置于所述紫外发光器的P型半导体层内。
2.根据权利要求1所述的紫外发光器，其特征在于，所述反光件为Al柱。
3.根据权利要求1所述的紫外发光器，其特征在于，所述P型电极包括平面电极和与平面电极连接的柱状电极，所述P型层内设置有容纳柱状电极的腔体，所述腔体的底部嵌装有反光件，所述反光件与所述柱状电极连接。
4.根据权利要求3所述的紫外发光器，其特征在于，所述反光件为形成有NiO层的Al柱。
5. 根据权利要求3所述的紫外发光器，其特征在于，所述紫外发光器的P型半导体层包括P型AlxGa1-xN 层和P型GaN层，所述P型GaN层设置有容纳柱状电极的通孔，所述P型AlxGa1- xN 层设置有容纳反光件的腔体。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的紫外发光器，其特征在于，所述紫外发光器的衬底层上设置有若干微米级或纳米级凸起结构。
7. 根据权利要求6所述的紫外发光器，其特征在于，包括依次形成的衬底层、缓冲层、N型AlxGa1-xN层、N+型AlxGa1-xN层、AlxGa1-xN电子空穴复合层、P型AlxGa1-xN 层和P型GaN层，所述N+型AlxGa1-xN层和P型AlxGa1-xN 层的带隙能级高于AlxGa1-xN电子空穴复合层的带隙能级。
8.根据权利要求7所述的紫外发光器，其特征在于，所述缓冲层包括高温AlN缓冲层，所述高温AlN缓冲层上生长有低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层。
9.根据权利要求8所述的紫外发光器，其特征在于，所述高温AlN层的生长温度大于1300度小于1500度，低温AlN/AlxGa1-xN超晶格层生长温度大于800度小于1000度，x从0.95逐渐向下过渡直到接近或等于N型AlxGa1-xN层的x 值。
10.根据权利要求7所述的紫外发光器，其特征在于，所述接近AlxGa1-xN电子空穴复合层的N+型AlxGa1-xN层为高掺杂薄膜N+型AlxGa1-xN层，然后过渡为N型AlxGa1-xN层。
11. 根据权利要求7所述的紫外发光器，其特征在于，所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度阶梯型增加直到接近或等同于N+型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，掺杂浓度大于1x1018cm3小于9x1019 cm3。
12.根据权利要求7所述的紫外发光器，其特征在于，所述AlxGa1-xN电子空穴复合层是非掺杂区。
13. 根据权利要求7所述的紫外发光器，其特征在于，所述P型AlxGa1-xN 层x值大于0.2小于0.8。
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