CN108461600A - 紫外线发光器件及其封装 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紫外线发光器件及封装。紫外线发光器件包括：电子束产生部，通过施加电场发射电子束；及紫外线产生部，具有包括通过借助电子束入射而产生的电子和空穴的复合而发射紫外线的量子阱的层叠结构。所述紫外线产生部包括作为阳极的半导体层，且半导体层的侧面部位用作接触区域。设置在封装的壳体的引线部和接触区域通过共晶接合连接，或使紫外线产生部与电子束产生部之间的间隔物的顶面露出，从而能够使用所露出的部位的共晶金属。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件领域，更具体而言，涉及紫外线发光器件及其封装。
背景技术
作为代表性发光器件，可以举出发光二极管。发光二极管是在被激发的电子和空穴复合时进行发光动作的半导体器件。这种发光二极管通常具有势垒层和阱层交替形成的多量子阱结构。在现有二极管中，p型半导体层和n型半导体层分别布置在量子阱结构的上部和下部，使得在p型半导体层提供空穴且在n型半导体层提供电子。
另一方面，紫外线发光二极管是发出波长为200～400nm的紫外线的发光器件，已被用于利用紫外线的杀菌效果的各种用途。然而，如紫外线一般，随着形成的光的波长变短，就难以形成p型半导体层。也就是说，即使通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺等形成包含掺杂剂的p型半导体层，也如果空穴浓度不足，内部量子效率就会降低。例如，作为p型半导体层使用AlN、AlGaN、AlGaInN等，但在p型半导体层上无法顺利实现掺杂剂的激活，并且，由于p型半导体层的低导电性而导致量子效率降低。
【现有技术文献】
【专利文献】
韩国专利申请10-2015-0045269
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的，其提供一种使用电子束的紫外线发光器件。
并且，本发明提供简化制造过程的紫外线发光器件。
而且，本发明提供包括上述改善的紫外线发光器件的封装。
本发明提供一种紫外线发光器件，所述紫外线发光器件包括：电子束产生部，通过施加电场发射电子束；及紫外线产生部，具有包括通过借助所述电子束入射而产生的电子和空穴的复合而发射紫外线的量子阱的层叠结构，其中，在所述紫外线产生部中，用于电接触的接触区域布置在所述层叠结构的侧面。
所述电子束产生部可以包括下部基板；金属层，形成在所述下部基板上；及多个碳纳米管，形成在所述金属层上。
所述紫外线产生部可以包括：上部基板；半导体层，用于形成在所述上部基板的下面的阳极；及发光层，形成在所述半导体层的下面，且包括多量子阱。
所述接触区域可以包括所述半导体层的露出的侧面部位。
所述半导体层可以为n-型AlxGa1-xN。
所述紫外线发光器件还可包括缓冲层，所述缓冲层布置在所述上部基板与所述半导体层之间。
间隔物可以布置在所述电子束产生部与所述紫外线产生部之间。
所述紫外线产生部可被设置成露出所述间隔物的顶面的一部分，且导电膜可以形成在所述间隔物的露出的顶面部位。
至少所述紫外线产生部的底面和所述间隔物的顶面可以通过共晶接合相结合。
所述紫外线产生部可以被设置成部分露出所述间隔物的顶面，使得共晶金属被露出在用于所述共晶接合的所述间隔物的顶面上。
所述紫外线发光器件还可包括连接部，所述连接部使所述半导体层的侧面和所述共晶金属电连接，并且，对所述共晶金属进行引线接合。
多个半球形突部可以形成在所述上部基板的顶面上。
本发明提供一种紫外线发光器件封装，所述紫外线发光器件封装包括：壳体，包括供芯片安置的安置槽；引线部，设置在所述壳体；及紫外线发光器件，安置在所述安置槽，且包括电子束产生部和紫外线产生部，所述电子束产生部通过施加电场发射电子束，且所述紫外线产生部具有包括通过借助所述电子束入射而产生的电子和空穴的复合而发射紫外线的量子阱的层叠结构，其中，阴极接触通过与所述安置槽相接的所述电子束产生部的底面实现，而阳极接触通过使设置在所述壳体的引线部与所述紫外线产生部连接来实现。
所述紫外线产生部可以包括作为阳极的半导体层，且所述阳极接触可以通过使所述引线部和所述半导体层的侧面部位连接来实现。
所述引线部和所述半导体层的侧面部位可以通过共晶接合方式相连接。
所述紫外线发光器件可以包括间隔物，所述间隔物布置在所述电子束产生部与所述紫外线产生部之间，且至少所述紫外线产生部的底面和所述间隔物的顶面通过共晶接合相结合。在此情况下，所述紫外线发光器件可被设置成部分露出所述间隔物的顶面的共晶金属，所述共晶金属可以通过连接部与所述半导体层电连接，所述引线部可以与所述共晶金属连接。
根据本发明，提供使用电子束来改善效率的紫外线发光器件及其封装。这种紫外线发光器件通过紫外线产生部的侧面实现阳极接触，从而，不仅简化二极管及其封装的制造过程，而且可以得到扩大的顶面发光区域。
附图说明
图1为示出本发明的紫外线发光器件的实施例1的截面图。
图2为用于说明在根据图1中示出的实施例1的紫外线发光器件的阳极接触的截面图。
图3为示出包括在根据图1中示出的实施例1的紫外线发光器件的封装的附图。
图4为沿图3的A-A’线截取的截面图。
图5和图6为示出本发明的紫外线发光器件的实施例2的附图。
符号说明
1:紫外线发光器件 2:壳体
11:电子束产生部 12:紫外线产生部
13:间隔物 21:安置槽
23:引线部 111:下部基板
113:金属层 115:碳纳米管
121:上部基板 123:缓冲层
125:半导体层 127:发光层
133:共晶金属 331:导线
333:连接部 1211:半球形突部
1271:阱层 1273:势垒层
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。在说明本发明时，判断与本发明相关的公知技术的具体说明为不必需地或混淆本发明的要旨，省略其详细说明。
本发明提供紫外线发光器件及其封装。新颖的紫外线发光器件使用借助电子束入射而产生的电子-空穴复合。并且，本发明的紫外线发光器件使用结构的侧面来实现阳极接触，而不采用台面结构等。这种结构不仅简化发光器件的制造过程，而且可以在制造封装时通过使用共晶接合等来连接引线部和紫外线产生部的侧面以实现阳极接触。本发明的紫外线发光器件的另一实施例提供可以使用设置在电子束产生部和紫外线产生部之间的间隔物来实现阳极接触的构成。如上所述的本发明的发光器件实际上确保扩大的顶面区域，从而在考虑到光线方向的封装设计构成中可以扩大选择范围。
<紫外线发光器件>
图1为示出本发明的紫外线发光器件的实施例1的截面图。图2为用于说明在根据图1中示出的实施例1的紫外线发光器件的阳极接触的截面图。
参照图1和图2，本发明的实施例1的紫外线发光器件1包括电子束产生部11和紫外线产生部12。若施加电场，则电子束产生部11发射电子束。当从电子束产生部11发射的电子束入射时，紫外线产生部12发射紫外线。本发明中使用的紫外线产生部12包括多量子阱结构层，当电子束入射时，发生电子-空穴复合，以发射紫外光。
电子束产生部11和紫外线产生部12通过间隔物13隔开，并且隔开的空间保持在真空状态。
电子束产生部11包括下部基板111、形成在下部基板111上的金属层113以及排列形成在金属层113的多个碳纳米管115。
例如，作为阴极的下部基板111可以是n+型硅基板，且可以掺杂高浓度的P、As、Sb等。
形成在下部基板111上的金属层113反射从紫外线产生部12产生的光。由于金属层113布置在下部基板111与碳纳米管115之间，因此需要具有高导电性，例如，可以应用Al、Cr、Zr、Rh等。因此，在封装结构中，可以通过下部基板111实现阴电极接触，并且这可以通过将下部基板111放置在设置在封装的壳体的安置槽底面的引线上的方法等容易地实现。
多个碳纳米管115排列形成，优选地，每个碳纳米管115可以以直立的方式排列。当施加电场时，碳纳米管115将电子束发射到上方的紫外线产生部12。
在本发明中，通过使用阴极发光(CL)动作使所产生的电子束撞击发光层以产生紫外线。由于p型半导体层的技术限制，将多量子阱结构介于p型半导体层和n型半导体层之间的现有紫外线发光器件的结构具有非常低的光效率。这是由于p型半导体层中的掺杂剂不充分地作为受主起作用的现象，并且是由于p型半导体层中的低导电性。在本发明中，通过使用电子束产生部11使电子束与紫外线产生部12的发光层127碰撞而产生电子-空穴复合，而作为阳极采用n型半导体层，而不是采用p型半导体层。
例如，紫外线产生部12具有包括多量子阱的层叠结构。当来自发光层124的电子束入射到紫外线产生部12时，产生电子-空穴复合，从而发射紫外线。
上述紫外线产生部12可以包括上部基板121、缓冲层123、半导体层125及发光层127。
例如，上部基板121可以由蓝宝石(Al2O3)形成，并且在顶面上可以包括多个假半球形突部1211。多个半球形突部1211用于辅助从发光层127产生的紫外线的光逸出，并且可以具有大约130mm或更大的直径，但是本发明不限于此。
例如，AlN、AlxGa1-xN等可以被应用于缓冲层123。缓冲层123用于抑制由于上部基板121和半导体层125之间的晶格常数差异而导致的晶体失配。
半导体层125用作阳极，优选使用n型半导体。例如，半导体层125可以是掺杂有硅的n-型AlxGa1-xN。
发光层127可以包括多量子阱，例如，可以具有多个阱层1271和多个势垒层1273交替堆叠的多量子阱结构(在图中仅示出一个阱层1271和一个势垒层1273，但可以是交替地重复堆叠多次的结构)。例如，阱层1271可以由AlxGa1-xN、Al1-x-yGaxInyN等制成。势垒层1273可以由AlxGa1-xN、Al1-x-yGaxInyN等制成。优选地，势垒层1273具有比阱层的带隙更大的带隙。
电子束产生部11和紫外线产生部12隔着隔离物13相结合。隔离物13围绕碳纳米管115并使电子束产生部11和紫外线产生部12结合，使得电子束产生部11和紫外线产生部12之间的空间处于真空状态。例如，可以使用共晶接合作为结合方法，但是本发明不限于此。
根据本发明的实施例1的紫外线发光器件通过具有层叠结构的紫外线产生部12的任一侧面实现阳极接触。如图2所示，通过使用例如共晶接合来连接层叠结构的侧面和外部引线部23，更具体而言，连接半导体层125的暴露的侧面和外部引线部23来实现阳极接触。下面，对封装结构更详细地进行说明。
本发明的侧面接触的构成不仅具有扩大顶面的实际发光区域的效果，而且可以省略用于阳极接触的台面结构的形成过程。
图5和图6为示出本发明的紫外线发光器件的实施例2的附图。在图5和图6中与图1和图4中相同或相似的元件用相同的附图标记来表示。
根据实施例2的紫外线发光器件具有与实施例1相同的构成，但用于阳极接触的构成与下面不同。例如，实施例2的紫外线发光器件具有通过将放置在间隔物13上的紫外线产生部12稍微错位地布置来使间隔物13的顶面部分暴露的构成。间隔物13的顶面可以通过共晶接合与紫外线产生部12的底面接合。当使用共晶接合时，共晶金属133配置在相接触的一面并进行加热，产生共晶合金以实现接合。此时，如上所述，可以通过将放置在间隔物13的顶面上的紫外线产生部12错位地布置来使间隔物13顶面的共晶金属133暴露。
半导体层125的侧面和共晶金属之间可以通过连接部333相连接。例如，连接部333可以通过涂布如银浆等金属来形成。
例如，共晶金属133和外部引线部之间可以使用导线来电连接。
在实施例2的情况下也不需要经过用于形成台面结构等的蚀刻工艺。如上所述以使紫外线产生部12和间隔物13稍微错位地布置的方式实现暴露，或也可以采用通过利用大小大于紫外线产生部12的间隔物13来使间隔物13的顶面暴露的结构。
在如上所述的本发明的紫外线发光器件1中，当通过从外部施加的电源在电子束产生部11和紫外线产生部12之间施加电压时，在电子束产生部11的碳纳米管115发射电子束，而所发射的电子束入射到紫外线产生部12。入射的电子束与发光层127碰撞，并且通过碰撞在发光层127中形成电子-空穴对。形成的电子-空穴对的电子被激发到阱层的导带中，空穴被激发到阱层的价带中。由激发到导带的电子和激发到价带的空穴被势垒层1273约束，被约束的电子和空穴复合而发光。
<封装>
下面，参照图2至图4，对根据本发明的优选实施例的紫外线发光器件封装进行说明。
图2为用于说明本发明的紫外线发光器件封装的阳极接触的截面图。为了便于解释和说明，在图2中省略了壳体。图3为示出本发明的紫外线发光器件封装的附图。图4为沿图3的A-A’线截取的截面图。
参照图2至图4，根据本发明的实施例1的紫外线发光器件封装包括上述改善的本发明的紫外线发光器件1和壳体2。
壳体2提供用于安置紫外线发光器件1的安置槽21。发光元件1安置于上述安置槽21的底面上。用于阴极接触的引线211可以布置在安置槽21的底面上，并安置发光元件1，从而引线211和下部基板111可以接触，以实现阴极接触。阴极接触通过将发光元件1附接到安置槽21的底面而形成，并且可以通过使用焊接或使用导电环氧树脂来实现。
壳体2设置有引线部23。上述引线部23设置在可以连接到安置在安置槽21中的发光元件1的侧面的位置处。如图所示的例子，引线部23形成在安置槽21的底面或形成在安置槽21的侧面，从而，被布置成与发光元件1的侧面，更具体而言，与紫外线产生部12的半导体层125的侧面能够连接。例如，引线部23可以由铜、镀银铜、镀银铁、镀银铝等制成。
引线部23和紫外线产生部12的阳极接触可以通过共晶接合来实现。例如，共晶接合可以使用AuSn、AgIn等作为中间材料。
如图2所示，通过使用共晶接合的中间材料来接合引线部23和紫外线产生部12的侧面。在此情况下，如图所示，在紫外线产生部12的侧面和引线部23分别使用中间材料形成粘合层231、233，然后，在使粘合层相接触的状态下施加热量以形成共晶合金，进行电连接。
如上所述的阳极接触实际上是连接半导体层125和引线部23的，但如图所示，也可以在包含半导体层125的紫外线产生部12的侧面部位形成粘合层233来实现。
由于如上所述的本发明的紫外线发光器件封装在紫外线产生部12的侧面实现与引线部23的阳极接触，因此可以确保相对较大的顶面区域。
如图5和图6所示的根据实施例2的包括紫外线发光器件的封装可以采用通过导线331连接壳体2的引线部23和间隔物13顶面的共晶金属133的方式。
在此情况下，如上所述，通过使隔离物13介于电子束产生部11和紫外线产生部12之间，以共晶接合进行结合。此时，以电子束产生部11和紫外线产生部12之间保持真空状态的方式进行结合，当结合时，以紫外线产生部12和间隔物13错位的方式布置来使间隔物13顶面的共晶金属133暴露。半导体层125的侧面和共晶金属133通过使用如银膏等连接部333来电连接。
然后，在将紫外线发光器件1接合到壳体2的安置槽21之后，将暴露在间隔物13的顶面上的共晶金属133和外部引线部23通过导线连接。
包括上述实施例2的紫外线发光器件的封装结构也具有能够最大限度地确保紫外线产生部12的顶面区域的构成。
综上，通过代表性实施例对本发明进行了具体地说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围内能够进行各种变形。
Claims (17)
1.一种紫外线发光器件，其特征在于，包括：
电子束产生部，通过施加电场发射电子束；及
紫外线产生部，具有包括通过借助所述电子束入射而产生的电子和空穴的复合而发射紫外线的量子阱的层叠结构，
其中，在所述紫外线产生部中，用于电接触的接触区域布置在所述层叠结构的侧面。
2.根据权利要求1所述的紫外线发光器件，其特征在于，
所述电子束产生部包括：
下部基板；
金属层，形成在所述下部基板上；及
多个碳纳米管，形成在所述金属层上。
3.根据权利要求1所述的紫外线发光器件，其特征在于，
所述紫外线产生部包括：
上部基板；
半导体层，用于形成在所述上部基板的下面的阳极；及
发光层，形成在所述半导体层的下面，且包括多量子阱。
4.根据权利要求3所述的紫外线发光器件，其特征在于，所述接触区域包括所述半导体层的露出的侧面部位。
5.根据权利要求3所述的紫外线发光器件，其特征在于，所述半导体层为n-型AlxGa1-xN。
6.根据权利要求3所述的紫外线发光器件，其特征在于，还包括缓冲层，所述缓冲层布置在所述上部基板与所述半导体层之间。
7.根据权利要求1所述的紫外线发光器件，其特征在于，间隔物布置在所述电子束产生部与所述紫外线产生部之间。
8.根据权利要求7所述的紫外线发光器件，其特征在于，
所述紫外线产生部被设置成露出所述间隔物的顶面的一部分，
且导电膜形成在所述间隔物的露出的顶面部位。
9.根据权利要求8所述的紫外线发光器件，其特征在于，
至少所述紫外线产生部的底面和所述间隔物的顶面通过共晶接合相结合。
10.根据权利要求9所述的紫外线发光器件，其特征在于，
所述紫外线产生部被设置成部分露出所述间隔物的顶面，使得共晶金属被露出在用于所述共晶接合的所述间隔物的顶面上。
11.根据权利要求10所述的紫外线发光器件，其特征在于，还包括连接部，所述连接部使所述半导体层的侧面和所述共晶金属电连接，并且，对所述共晶金属进行引线接合。
12.根据权利要求3所述的紫外线发光器件，其特征在于，多个半球形突部形成在所述上部基板的顶面上。
13.一种紫外线发光器件封装，其特征在于，包括：
壳体，包括供芯片安置的安置槽；
引线部，设置在所述壳体；及
紫外线发光器件，安置在所述安置槽，且包括电子束产生部和紫外线产生部，所述电子束产生部通过施加电场发射电子束，且所述紫外线产生部具有包括通过借助电子束入射而产生的电子和空穴的复合而发射紫外线的量子阱的层叠结构，
其中，阴极接触通过与所述安置槽相接的所述电子束产生部的底面实现，而阳极接触通过使设置在所述壳体的引线部与所述紫外线产生部连接来实现。
14.根据权利要求13所述的紫外线发光器件封装，其特征在于，
所述紫外线产生部包括作为阳极的半导体层，且所述阳极接触通过使所述引线部和所述半导体层的侧面部位连接来实现。
15.根据权利要求14所述的紫外线发光器件封装，其特征在于，
所述引线部和所述半导体层的侧面部位通过共晶接合方式相连接。
16.根据权利要求14所述的紫外线发光器件封装，其特征在于，
所述紫外线发光器件包括间隔物，所述间隔物布置在所述电子束产生部与所述紫外线产生部之间，且至少所述紫外线产生部的底面和所述间隔物的顶面通过共晶接合相结合。
17.根据权利要求16所述的紫外线发光器件封装，其特征在于，
所述紫外线发光器件被设置成部分露出所述间隔物的顶面的共晶金属，所述共晶金属通过连接部与所述半导体层电连接，所述引线部与所述共晶金属连接。
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