CN110931615A - 一种深紫外led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深紫外LED外延结构及其制备方法，该深紫外LED外延结构包括衬底层以及功能层；所述功能层设置在所述衬底层的上表面，所述衬底层的下表面为朝向远离所述功能层的方向凸出的弧形面。该外延结构有助于提高深紫外光出光几率，从而改善深紫外LED的发光效率，延长深紫外LED的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种深紫外LED外延结构及其制备方法，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
深紫外LED作为一种新型的紫外光源，具有能耗低、体积小、集成性好、寿命长、环保无毒等优点，因此在杀菌、印刷、通讯、探测、紫外固化等领域具有广泛的应用前景，是当前III-族氮化物半导体最有发展潜力的领域和产业之一。现阶段，深紫外LED已经应用到医疗消毒、家用电器、汽车电子等领域。
虽然深紫外LED应用前景广泛，但其较低的发光效率和远低于蓝白光的寿命严重制约着深紫外光的应用。原因在于一方面P型GaN对深紫外有强烈的吸收，量子阱发出的光有一大部分经过P型GaN而被吸收；另一方面光线在出射过程中会有一些被反射至封装支架的树脂粘结层，树脂粘结层不仅会吸收光线降低二次出射的几率，并且在吸收光线后性能会发生劣化，从而造成现阶段的深紫外LED发光元件存在发光元件最终的光取出效率低、光学透镜易脱落的缺陷。
目前解决的方法是使深紫外LED以底发光的方式进行出光，虽然能够在一定程度上缓解由于P型GaN对光线的吸收而导致的光取出效率低，但是深紫外LED发光元件光取出效率低、光学透镜易脱落的缺陷并没有得到实质性的改善。
发明内容
本发明提供一种深紫外LED外延结构，该外延结构有助于提高深紫外光出光几率，从而改善深紫外LED的发光效率，延长深紫外LED的使用寿命。
本发明还提供一种深紫外LED外延结构的制备方法，该制备方法步骤简单，可操作性强，有助于高效制备有助于提高深紫外光出光几率的外延结构。
本发明还提供一种深紫外LED，包括上述深紫外LED外延结构，因此具有较为优异的发光效率以及理想的使用寿命。
本发明提供一种深紫外LED外延结构，包括衬底层以及功能层；所述功能层设置在所述衬底层的上表面，所述衬底层的下表面为朝向远离所述功能层的方向凸出的弧形面。
如上所述的深紫外LED外延结构，其中，所述弧形面的最高点距离所述衬底层下表面的垂直距离为10-800μm。
如上所述的深紫外LED外延结构，其中，所述功能层在竖直方向上的投影与所述衬底层在竖直方向上的投影完全重合。
如上所述的深紫外LED外延结构，其中，所述功能层按照远离所述衬底层的方向依次包括氮化铝层、非掺杂氮化铝镓层、N型氮化铝镓层、量子阱层、P型氮化铝镓层、P型氮化镓层。
如上所述的深紫外LED外延结构，其中，所述衬底层选自蓝宝石、碳化硅以及石墨烯中的一种。
本发明还提供一种上述任一所述的深紫外LED外延结构的制备方法，其包括以下步骤：
1)在所述衬底层的上表面生长功能层；
2)对所述衬底层的下表面进行图案化处理，使所述衬底层的下表面为朝向远离所述功能层的方向凸出的弧形面。
如上所述的制备方法，其中，所述图案化处理为刻蚀处理。
如上所述的制备方法，其中，所述图案化处理之前，还包括对所述衬底层的下表面进行研磨处理。
如上所述的制备方法，其中，控制所述研磨处理的厚度为30-350μm。
本发明还提供一种深紫外LED，包括上述任一所述的深紫外LED外延结构。
本发明的深紫外LED外延结构通过对衬底层进行设置，使衬底层远离功能层的面为弧面，当深紫外LED以底面出光方式出光时，弧面结构能够改变光路，降低了深紫外光线在光学透镜发生全反射的概率，使更多的光线能够射出，从而能够提高深紫外LED的发光效率；
此外，由于降低了光线在光学透镜发生全反射的概率，因此进一步减少了由于全反射而照射到光学透镜与支架顶端树脂粘结表面的深紫外光线，降低了树脂粘结层在长期吸收深紫外光线后发生老化而导致光学透镜脱落的风险，延长了深紫外LED的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一实施例的深紫外LED外延结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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做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。
需要说明的是，在本发明中，衬底层的上表面是指衬底层靠近功能层的一面，衬底层的下表面是指衬底层远离功能层的一面。
图1为本发明一实施例的深紫外LED外延结构的示意图，如图1所示，本实施例的深紫外LED外延结构包括衬底层1以及功能层2；功能层2设置在衬底层1的上表面，衬底层1的下表面为朝向远离功能层2的方向凸出的弧形面。
本实施例的深紫外LED外延结构用于底面出光的深紫外LED。
本实施例的深紫外LED外延结构的衬底层与现有技术的衬底层不同。具体地，本实施例的衬底层1的上表面为用于设置功能层2的平面，其下表面为凸出的弧形面且凸出方向背离功能层2的方向。即，本实施例深紫外LED外延结构的衬底层1的下表面为凸透镜结构。
在具体应用时，将本实施例的深紫外LED外延结构置于具有开口的支架中，通过树脂粘结层将光学透镜设置于支架的开口处使深紫外外延结构被封装于支架中，其中，深紫外LED外延结构的衬底层1的弧形下底面靠近光学透镜，即采用底面出光方式。
当深紫外LED外延结构通电发光后，深紫外光线会经衬底层1射出并透过光学透镜出射至支架的外部，此时，深紫外光线在经过衬底层1的弧面时会发生光路改变(相对于经过平面的光路)，从而降低了深紫外光线在经过光学透镜时光线被反射回支架内部的现象，能够使更多的深紫外光线在经过光学透镜时直接射出，因此本实施例的深紫外LED外延结构有助于提高光线的出射几率，增加深紫外LED的发光效率。
此外，由于更多的深紫外光线在经过光学透镜时能够直接出射，减少了反射回支架内部的光线，因此树脂粘结层也避免了由于吸收过多深紫外光线而导致的性质劣化，降低了光学透镜从支架脱落的风险，有效延长了深紫外LED的使用寿命。
本实施例的衬底层1可以选自蓝宝石、碳化硅以及石墨烯中的一种，其中，蓝宝石还可以是图形化蓝宝石，例如纳米柱图形蓝宝石。
功能层2与本领域现有外延结构的功能层类似，在图1中，功能层2按照依次远离衬底层1的方向包括氮化铝层21、非掺杂氮化铝镓层22、N型氮化铝镓层23、量子阱层24、P型氮化铝镓层25、P型氮化镓层26。其中，非掺杂氮化铝镓层22可以为AlxGa1-xN(0.3≤x＜1)且厚度为200-1000nm，N型氮化铝镓层23为硅掺杂AlyGa1-yN(0.3≤y≤0.8)且厚度为100-4000nm，量子阱层24为AlmGa1-mN/AlnGa1-nN(0＜m＜1，0＜n＜1)多量子肼结构且周期厚度为5-40nm，P型氮化铝镓层25为超晶格电子阻挡层AluGa1-uN(0.2≤u≤0.8)且厚度为5-50nm，P型氮化镓层26为镁掺杂空穴注入层GaN且厚度为3-500nm。
在一具体的实施方式中，弧形面的最高点距离衬底层1下表面的垂直距离H为10-800μm。
具体地，如图1所示，上述弧形面的最高点距离衬底层1下表面的垂直距离H可以理解为衬底层1的最高高度。
上述弧形面的最高点距离衬底层1下表面的垂直距离H一方面根据衬底层1材料的厚度确定，另一方面可以目的性的进行限定以进一步增加深紫外光线的出射几率。优选地，可以控制弧形面的最高点距离衬底层1下表面的垂直距离H为300-700μm。
此外，在上述实施例的基础上，功能层2在竖直方向上的投影与衬底层1在竖直方向上的投影完全重合。
详细而言，将深深紫外LED外延结构竖直放置(此时，功能层2与衬底层1为上下结构)，功能层2在平面上的投影与功能层2在平面上的投影完全重合。话句话说，衬底层1上表面的中心与功能层2下表面(靠近衬底层1上表面的那一面)中心处于同一直线，且衬底层1上表面的面积与功能层2下表面的面积相等。该设置能够避免由于衬底层1与功能层2的位置偏差而对深紫外LED外延结构发光造成影响。
本发明还提供一种上述任一所述的深紫外LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底层的上表面生长功能层；
2)对衬底层的下表面进行图案化处理，使衬底层的下表面为朝向远离功能层的方向凸出的弧形面。
其中，步骤1)与本领域在衬底层上生长功能层的方法类似，包括依次在衬底层的上表面生长氮化铝层、非掺杂氮化铝镓层、N型氮化铝镓层、量子阱层、P型氮化铝镓层、P型氮化镓层。
具体地，首先是在衬底层上表面生长缓冲层氮化铝层。由于LED外延结构多为金属的氮化物，因此在通入反应物之前，需要对反应室中的温度以及压力进行控制从而使氨气和金属源能够分解成各自原子而发生化合反应生成金属的氮化物。具体实施过程中，将反应室的温度控制在1000～1300℃，将氨气与金属铝源(三甲基铝)通入衬底上，在该反应条件下，金属铝源分解为相应的金属原子，氨气分解为氮原子，以高低温交叉生长的方式形成外延结构的缓冲层氮化铝层。其中，氮化铝层的厚度可以通过控制金属源的注入速度以及反应时间实现。当缓冲生长层生长结束后，可以控制反应室的温度为1100～1200℃，在氢气气氛的保护下，通入三甲基镓、三甲基铝和氨气，从而在缓冲层表面生长出未掺入任何杂质的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN。随后引入N型杂质在非掺杂氮化铝镓层上生长N型氮化铝镓层AlyGa1-yN。本发明中引入的杂原子为硅原子。之后，在1100-1180℃下，在N型氮化铝镓层表面生长Q个周期的AlmGa1-mN/AlnGa1-nN量子阱结构，即量子阱层。当量子阱层生长完毕后，在低于量子阱层的生长温度下，在量子阱层表面生长P型氮化铝镓层AlzGa1-zN。最后，按照按照本领常规方法继续在P型氮化铝镓层表面生长镁掺杂的P型GaN层，从而完成步骤1)功能层的生长。
当功能层生长完成后，可以对功能层进行清洗、光刻、蒸镀等处理。
步骤2)中，可以通过本领域常用的技术对已经生长有功能层的衬底层的下表面进行图案化处理，使衬底层的下表面由平面转变为向远离功能层方向凸出的圆弧面，从而得到本发明的深紫外LED外延结构。
在具体制备过程中，可以利用刻蚀对衬底层下表面进行处理，使形成朝向远离功能层的方向凸出的弧形面。刻蚀具体可以是干法刻蚀、湿法刻蚀。压印、阳极氧化铝技术等。其中，刻蚀出的弧形面的最高点距离衬底层下表面的垂直距离为10-800μm。
进一步地，当功能层生长完成后，在对衬底层下表面进行图案化处理之前，还包括对衬底层的下表面进行研磨处理。该研磨处理能够将附着于衬底层下表面的杂质颗粒去除，避免杂质颗粒对深紫外LED外延结构的性能造成消极影响。
在研磨处理中，需要对研磨厚度进行控制，此处的研磨厚度是指经研磨前衬底层与研磨后衬底层的厚度差。若研磨厚度过低，杂质颗粒得不到彻底的去除，若研磨厚度过高，有可能会影响功能层的附着甚至性能。因此，可以控制研磨厚度为30-350μm，具体地研磨厚度的选择可以结合衬底层研磨前的厚度进行确定。
此外，由于在制备过程中经常会采用面积较大(例如2寸、4寸、6寸或8寸)的衬底原料直接进行制备，即，多个功能层分布在同一衬底原料的上表面，然后通过切割得到单个独立的深紫外LED外延结构。在这种情况下，当完成多个功能层的生长后，可以对多个功能层的分布情况进行拍照记录，然后在照片以及光刻板的协助下，在衬底原料的下表面对各个功能层的坐标进行定位，从而有助于图案化处理位置的精确性，确保功能层在竖直方向上的投影与衬底层在竖直方向上的投影完全重合。
本发明还提供一种深紫外LED，包括上述任一所述的深紫外LED外延结构。
以下，通过具体实施例对本发明的深紫外LED外延结构及其制备方法进行详细介绍。
实施例1
本实施例的深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
1、将2寸平片蓝宝石衬底(厚度为450μm)放入MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应室中，在1000℃～1300℃的温度下通入NH3和三甲基铝进行反应，在衬底层上表面生长厚度为2μm的AlN缓冲层；
2、在1100℃，在NH3条件下依次在AlN缓冲层表面生长厚度为500nm的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN(x＝0.6)和厚度为1000nm的N型氮化铝镓层AlyGa1-yN(y＝0.65，硅掺杂)；
3、在1150℃，在N型氮化铝镓层表面生长不同铝组分的量子阱层，通过三甲基铝和三甲基镓的比例不同来更改铝的组分，其中，周期数为10，周期厚度为40nm，量子阱宽和量子垒宽分别为15nm和25nm；
4、在1140℃，在量子阱层表面以超晶格的模式生长厚度为30nm的P型氮化铝镓层AlGaN，其中，铝的组分分别为60％与80％交替生长；
5、在950±50℃，在P型氮化铝镓层表面生长厚度为50nm的P型GaN层(镁掺杂，掺杂浓度为3E19)；
6、对上述结构进行进行清洗，光刻、蒸镀等处理得到P型电极和N型电极后，使用研磨设备对衬底层的下表面进行研磨处理，控制研磨厚度为100μm±50μm；
7、用模具将上述结构的侧面夹住，留下正上方和和正下方的位置。用简易的照相机以功能层为正面对结构的大小和位置进行拍照确定，然后根据照片确定在衬底层下表面进行刻蚀的大小和位置；
本实例中主要用ELEDETM330高密度等离子体ICP刻蚀机进行干法刻蚀，使用BCl3对蓝宝石衬下表面进行图形刻蚀，主要为均匀涂胶，曝光、显影等过程。通过辅助刻蚀气体，如Cl2、Ar、HBr等进行图形的精校准；
本实例中步骤6中的结构为7*15mil，因此刻蚀出长宽分别为177.8μm和381μm，高度为200μm的朝向远离功能层方向凸出的弧面(蒙古包的凸透镜结构)，得到本实施例的深紫外LED外延结构；
通过切割设备将深紫外LED外延结构进行切割后，切割后的深紫外LED外延结构的正面为正常结构，背面为有凸透镜形式的结构。
对比例1
本对比例的深紫外LED外延结构的制备方法不包括实施例1中的深紫外LED外延结构制备方法的步骤6-7，其余方法与实施例1的方法相同。
将实施例1中和对比例1中的深紫外LED外延结构分别封装在3535支架上，并贴在散热片上进行点亮且做寿命测试结果如下：
实施例1：在100mA测试电流条件下，亮度为4.6mw，电压6.64V，波长在277.4nm，HW为10.7nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至94％，168H寿命衰减至92％，老化合格。
对比例1：在100mA测试电流条件下，亮度为4.3mw，电压6.52V，波长在276.5nm，HW为10.6nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至92.5％，168H寿命衰减至87.5％，老化合格；
通过两组数据对比，实施例1相对于对比例1的亮度有约5％的提升，寿命在168H下有提升，其他参数与现有工艺基本无差异。
实施例2
本实施例的深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
1、将4寸PSS蓝宝石衬底(厚度为800μm)放入MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应室中，在1000℃～1300℃的温度下通入NH3和三甲基铝进行反应，在衬底层上表面生长厚度为5μm的AlN缓冲层；
2、在1100℃，在NH3条件下依次在AlN缓冲层表面生长厚度为800nm的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN(x＝0.6)和厚度为2000nm的N型氮化铝镓层AlyGa1-yN(y＝0.6，硅掺杂)；
3、在1150℃，在N型氮化铝镓层表面生长不同铝组分的量子阱层，通过三甲基铝和三甲基镓的比例不同来更改铝的组分，其中，周期数为10，周期厚度为30nm，量子阱宽和量子垒宽分别为10nm和20nm；
4、在1140℃，在量子阱层表面以超晶格的模式生长厚度为30nm的P型氮化铝镓层AlGaN，其中，铝的组分分别为60％与70％交替生长；
5、在950±50℃，在P型氮化铝镓层表面生长厚度为10nm的P型GaN层(镁掺杂，掺杂浓度为2E19)；
6、对上述结构进行进行清洗，光刻、蒸镀等处理得到P型电极和N型电极后，使用研磨设备对衬底层的下表面进行研磨处理，控制研磨厚度为100μm；
7、用模具将上述结构的侧面夹住，留下正上方和和正下方的位置。用简易的照相机以功能层为正面对结构的大小和位置进行拍照确定，然后根据照片确定在衬底层下表面进行刻蚀的大小和位置；
本实例中主要在290℃下，利用浓硫酸和浓磷酸(3:1)行行湿法刻蚀；
本实例中步骤6中的结构为20*20mil，因此刻蚀出长宽分别为508μm，高度为400μm的朝向远离功能层方向凸出的弧面(蒙古包的凸透镜结构)，得到本实施例的深紫外LED外延结构；
通过切割设备将深紫外LED外延结构进行切割后，切割后的深紫外LED外延结构的正面为正常结构，背面为有凸透镜形式的结构。
对比例2
本对比例的深紫外LED外延结构的制备方法不包括实施例2中的深紫外LED外延结构制备方法的步骤6-7，其余方法与实施例2的方法相同。
将实施例2中和对比例2中的深紫外LED外延结构分别封装在3535支架上，并贴在散热片上进行点亮且做寿命测试结果如下：
实施例2：在100mA测试电流条件下，亮度为5.5mw，电压7.032V，波长在278.4nm，HW为10.5nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至94.3％，168H寿命衰减至90.0％，老化合格。
对比例2：在100mA测试电流条件下，亮度为5.25mw，电压6.82V，波长在275.4nm，HW为10.5nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至88.7％，168H寿命衰减至82.6％，老化合格。
通过两组数据对比，实施例2相对于对比例2的亮度有约4.5％的提升，寿命在168H下有提升，其他参数与现有工艺基本无差异。
实施例3
本实施例的深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
1、将2寸PSS蓝宝石衬底(厚度为450μm)放入MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应室中，在1000℃～1300℃的温度下通入NH3和三甲基铝进行反应，在衬底层上表面生长厚度为1μm的AlN缓冲层；
2、在1100℃，在NH3条件下依次在AlN缓冲层表面生长厚度为300nm的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN(x＝0.5)和厚度为2000nm的N型氮化铝镓层AlyGa1-yN(y＝0.4，硅掺杂)；
3、在1150℃，在N型氮化铝镓层表面生长不同铝组分的量子阱层，通过三甲基铝和三甲基镓的比例不同来更改铝的组分，其中，周期数为10，周期厚度为30nm，量子阱宽和量子垒宽分别为10nm和20nm；
4、在1140℃，在量子阱层表面以超晶格的模式生长厚度为30nm的P型氮化铝镓层AlGaN，其中，铝的组分分别为60％与70％交替生长；
5、在950℃，在P型氮化铝镓层表面生长厚度为300nm的P型GaN层(镁掺杂，掺杂浓度为1E19)；
6、对上述结构进行进行清洗，光刻、蒸镀等处理得到P型电极和N型电极后，使用研磨设备对衬底层的下表面进行研磨处理，控制研磨厚度为30μm；
7、用模具将上述结构的侧面夹住，留下正上方和和正下方的位置。用简易的照相机以功能层为正面对结构的大小和位置进行拍照确定，然后根据照片确定在衬底层下表面进行刻蚀的大小和位置；
本实例中主要用ELEDETM330高密度等离子体ICP刻蚀机进行干法刻蚀，使用BCl3对蓝宝石衬下表面进行图形刻蚀，主要为均匀涂胶，曝光、显影等过程。通过辅助刻蚀气体，如Cl2、Ar、HBr等进行图形的精校准；
本实例中步骤6中的结构为40*40mil，因此刻蚀出长宽分别为1016μm，高度为300μm的朝向远离功能层方向凸出的弧面(蒙古包的凸透镜结构)，得到本实施例的深紫外LED外延结构；
通过切割设备将深紫外LED外延结构进行切割后，切割后的深紫外LED外延结构的正面为正常结构，背面为有凸透镜形式的结构。
对比例3
本对比例的深紫外LED外延结构的制备方法不包括实施例3中的深紫外LED外延结构制备方法的步骤6-7，其余方法与实施例3的方法相同。
将实施例3中和对比例3中的深紫外LED外延结构分别封装在6868支架上，并贴在散热片上进行点亮且做寿命测试结果如下：
实施例3：在100mA测试电流条件下，亮度为8.42mw，电压6.59V，波长在275.3nm，HW为10.5nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至90.2％，168H寿命衰减至88.5％，老化合格。
对比例3：在100mA测试电流条件下，亮度为7.55mw，电压6.62V，波长在279.2nm，HW为10.5nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至87.1％，168H寿命衰减至84.5％，老化合格。
通过两组数据对比，实施例3相对于对比例3的亮度有约11％的提升，寿命在168H下有提升，其他参数与现有工艺基本无差异。
实施例4
本实施例的深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
1、将2寸纳米柱蓝宝石衬底(厚度为450μm)放入MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应室中，在1000℃～1300℃的温度下通入NH3和三甲基铝进行反应，在衬底层上表面生长厚度为5μm的AlN缓冲层；
2、在1100℃，在NH3条件下依次在AlN缓冲层表面生长厚度为500nm的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN(x＝0.45)和厚度为4000nm的N型氮化铝镓层AlyGa1-yN(y＝0.6，硅掺杂)；
3、在1150℃，在N型氮化铝镓层表面生长不同铝组分的量子阱层，通过三甲基铝和三甲基镓的比例不同来更改铝的组分，其中，周期数为10，周期厚度为30nm，量子阱宽和量子垒宽分别为10nm和20nm；
4、在1140℃，在量子阱层表面以超晶格的模式生长厚度为30nm的P型氮化铝镓层AlGaN，其中，铝的组分分别为60％与70％交替生长；
5、在950℃，在P型氮化铝镓层表面生长厚度为200nm的P型GaN层(镁掺杂，掺杂浓度为1E19)；
6、对上述结构进行进行清洗，光刻、蒸镀等处理得到P型电极和N型电极后，使用研磨设备对衬底层的下表面进行研磨处理，控制研磨厚度为30μm；
7、用模具将上述结构的侧面夹住，留下正上方和和正下方的位置。用简易的照相机以功能层为正面对结构的大小和位置进行拍照确定，然后根据照片确定在衬底层下表面进行刻蚀的大小和位置；
本实例中主要用ELEDETM330高密度等离子体ICP刻蚀机进行干法刻蚀，使用BCl3对蓝宝石衬下表面进行图形刻蚀，主要为均匀涂胶，曝光、显影等过程。通过辅助刻蚀气体，如Cl2、Ar、HBr等进行图形的精校准；
本实例中步骤6中的结构为68*68mil，因此刻蚀出长宽分别为1727.2μm，高度为350μm的朝向远离功能层方向凸出的弧面(蒙古包的凸透镜结构)，得到本实施例的深紫外LED外延结构；
通过切割设备将深紫外LED外延结构进行切割后，切割后的深紫外LED外延结构的正面为正常结构，背面为有凸透镜形式的结构。
对比例4
本对比例的深紫外LED外延结构的制备方法不包括实施例4中的深紫外LED外延结构制备方法的步骤6-7，其余方法与实施例4的方法相同。
将实施例4中和对比例4中的深紫外LED外延结构分别封装在6868支架上，并贴在散热片上进行点亮且做寿命测试结果如下：
实施例4：在100mA测试电流条件下，亮度为32.2mw，电压6.94V，波长在277.6m，HW为10.7nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至89.2％，168H寿命衰减至72.8％，老化合格。
对比例4：在100mA测试电流条件下，亮度为31.2mw，电压6.85V，波长在275.6nm，HW为10.6nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至80.1％，168H寿命衰减至60.8％，老化偏差。
通过两组数据对比，实施例4相对于对比例4的亮度有约3％的提升，寿命在168H下有提升，其他参数与现有工艺基本无差异。
实施例5
本实施例的深紫外LED的制备方法，包括以下步骤：
1、将4寸平片蓝宝石衬底(厚度为460μm)放入MOCVD(金属有机化学气相沉积)反应室中，在1000℃～1300℃的温度下通入NH3和三甲基铝进行反应，在衬底层上表面生长厚度为1μm的AlN缓冲层；
2、在1100℃，在NH3条件下依次在AlN缓冲层表面生长厚度为500nm的非掺杂氮化铝镓层AlxGa1-xN(x＝0.45)和厚度为4000nm的N型氮化铝镓层AlyGa1-yN(y＝0.4，硅掺杂)；
3、在1150℃，在N型氮化铝镓层表面生长不同铝组分的量子阱层，通过三甲基铝和三甲基镓的比例不同来更改铝的组分，其中，周期数为10，周期厚度为30nm，量子阱宽和量子垒宽分别为10nm和20nm；
4、在1140℃，在量子阱层表面以超晶格的模式生长厚度为30nm的P型氮化铝镓层AlGaN，其中，铝的组分分别为60％与80％交替生长；
5、在950℃，在P型氮化铝镓层表面生长厚度为500nm的P型GaN层(镁掺杂，掺杂浓度为1E19)；
6、对上述结构进行进行清洗，光刻、蒸镀等处理得到P型电极和N型电极后，使用研磨设备对衬底层的下表面进行研磨处理，控制研磨厚度为50μm；
7、用模具将上述结构的侧面夹住，留下正上方和和正下方的位置。用简易的照相机以功能层为正面对结构的大小和位置进行拍照确定，然后根据照片确定在衬底层下表面进行刻蚀的大小和位置；
本实例中主要用ELEDETM330高密度等离子体ICP刻蚀机进行干法刻蚀，使用BCl3对蓝宝石衬下表面进行图形刻蚀，主要为均匀涂胶，曝光、显影等过程。通过辅助刻蚀气体，如Cl2、Ar、HBr等进行图形的精校准；
本实例中步骤6中的结构为40*40mil，因此刻蚀出长宽分别为1016μm，高度为300μm的朝向远离功能层方向凸出的弧面(蒙古包的凸透镜结构)，得到本实施例的深紫外LED外延结构；
通过切割设备将深紫外LED外延结构进行切割后，切割后的深紫外LED外延结构的正面为正常结构，背面为有凸透镜形式的结构。
对比例5
本对比例的深紫外LED外延结构的制备方法不包括实施例5中的深紫外LED外延结构制备方法的步骤6-7，其余方法与实施例5的方法相同。
将实施例5中和对比例5中的深紫外LED外延结构分别封装在6868支架上，并贴在散热片上进行点亮且做寿命测试结果如下：
实施例5：在100mA测试电流条件下，亮度为8.5mw，电压6.96V，波长在278.1nm，HW为10.7nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至93.8％，168H寿命衰减至89.8％，老化合格。
对比例5：在100mA测试电流条件下，亮度为8.01mw，电压7.13V，波长在277.5nm，HW为10.8nm；
进行100mA下长效寿命测试，24H寿命衰减至88.9％，168H寿命衰减至79.8％，老化合格。
通过两组数据对比，实施例5相对于对比例5的亮度有约6％的提升，寿命在168H下有提升，其他参数与现有工艺基本无差异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种深紫外LED外延结构，其特征在于，包括衬底层以及功能层；所述功能层设置在所述衬底层的上表面，所述衬底层的下表面为朝向远离所述功能层的方向凸出的弧形面。
2.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于，所述弧形面的最高点距离所述衬底层下表面的垂直距离为10-800μm。
3.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于，所述功能层在竖直方向上的投影与所述衬底层在竖直方向上的投影完全重合。
4.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于，所述功能层按照远离所述衬底层的方向依次包括氮化铝层、非掺杂氮化铝镓层、N型氮化铝镓层、量子阱层、P型氮化铝镓层、P型氮化镓层。
5.根据权利要求1所述的深紫外LED外延结构，其特征在于，所述衬底层选自蓝宝石、碳化硅以及石墨烯中的一种。
6.一种权利要求1-5任一项所述的深紫外LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在所述衬底层的上表面生长功能层；
2)对所述衬底层的下表面进行图案化处理，使所述衬底层的下表面为朝向远离所述功能层的方向凸出的弧形面。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述图案化处理为刻蚀处理。
8.根据权利要求6-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述图案化处理之前，还包括对所述衬底层的下表面进行研磨处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，控制所述研磨处理的厚度为30-350μm。
10.一种深紫外LED，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的深紫外LED外延结构。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |