CN115172565A - 一种倒装深紫外发光二极管芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装深紫外发光二极管芯片，包括区块式排列于一衬底上的若干发光二极管和覆盖所述若干发光二极管的绝缘层；各发光二级管分别包括半导体发光堆叠层、第一电极和第二电极，若干发光二极管通过电极连接形成串联的结构，并在电极连接处下方设有电子阻挡层；绝缘层对应串联的若干发光二极管两末端的电极设有开口，两末端的电极通过所述开口引出并与设于所述绝缘层上的第一焊盘和第二焊盘一一对应连接。这种结构增大了出光面积并改善了电流分布，提升了UVC‑LED的光效，提高了其杀菌消毒的能力。
Description
技术领域
本发明属于发光半导体芯片的技术领域，具体涉及一种倒装深紫外发光二极管芯片。
背景技术
倒装深紫外发光二极管芯片(UVC LED)的波长WLP为200nm～320nm，已经广泛应用于杀菌消毒等领域，并将取代原有的汞灯。深紫外发光二极管的发光强度是具备良好消毒杀菌的决定性因素。但是现在市场上的深紫外芯片结构普遍存在发光效率低下，杀菌效果差的情况。
发明内容
本申请提供了一种UVC-LED倒装芯片，其能够改善现有UVC-LED倒装芯片发光效率低所导致的杀菌效果差的问题。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种倒装深紫外发光二极管芯片，包括区块式排列于一衬底上的若干发光二极管和覆盖所述若干发光二极管的绝缘层；各发光二级管分别包括半导体发光堆叠层、第一电极和第二电极，所述若干发光二极管通过电极连接形成串联的结构，并在电极连接处下方设有电子阻挡层；所述绝缘层对应串联的若干发光二极管两末端的电极设有开口，两末端的电极通过所述开口引出并与设于所述绝缘层上的第一焊盘和第二焊盘一一对应连接。
可选的，所述半导体发光堆叠层由上至下包括依次层叠的第一半导体层、量子阱发光层和第二半导体层；第一半导体层和第二半导体层之一为p型掺杂层，另一为n型掺杂层；所述第一电极设于所述第一半导体层上，所述第二电极设于所述第二半导体层的台面上。
可选的，所述串联的结构是：一发光二极管的第二电极与相邻发光二极管的第一电极之间通过金属连接层电性连接，所述金属连接层与所述半导体发光堆叠层之间通过所述电子阻挡层隔开。
可选的，所述金属连接层的厚度为1500～1800纳米。
可选的，所述电子阻挡层的材料是硅胶、玻璃、氧化铝、氮化硅、氧化硅、氧化钛或氟化镁，厚度为800-2200纳米。
可选的，还包括设于所述第一半导体层和所述第一电极之间的透明导电层，所述透明导电层的材料是铟锡氧化物、锌铟氧化物、氧化铟、氧化锡、镉锡氧化物、锡锑氧化物、铝锌氧化物、锌锡氧化物、氧化锌掺杂镓、氧化铟掺杂钨或氧化锌，厚度为5～500nm。
可选的，所述第一电极和所述第二电极的材料选自Cr、Pt、Au、Ni、Ti、Al、PtAu中的一种或多种。
可选的，所述绝缘层的材料是二氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铌、钛酸钡中的一种或组合。
可选的，包括4个或6个区块式矩阵排列并形成串联的结构的所述发光二极管。
可选的，所述发光二极管的发光波长范围为220nm～320nm。
本发明的有益效果为：
通过在芯片上区块化设置多个发光二极管，且多个发光二极管通过电极连接形成串联结构，这种结构增大了出光面积并改善了电流分布，提升了UVC-LED的光效，提高了其杀菌消毒的能力。
附图说明
图1是实施例的倒装深紫外发光二极管芯片的俯视结构示意图，图中体现电极的连接关系；
图2是沿图1的截取线A-A截取的纵向剖面示意图；
图3是沿图1的截取线B-B截取的纵向剖面示意图；
附图标记：
11，21，31，41分别是第一，第二，第三，第四发光二极管结构；101，201，301，401——临界边；102，202，302，402——半导体发光堆叠层；103，203，303，403——透明导电层；104，204，304，404——第一电极；105——第一焊盘；205——第二焊盘；106——第一开口；406——第二开口；107，207，307，407——第二电极；108，208，308——电子阻挡层；109，209，309——金属连接层；110——衬底；111——绝缘层；112，212，312，412——第一半导体层；113，213，313，413——量子阱发光层；114，214，314，414——第二半导体层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
实施例以4个发光二极管串联为例。
参考图1至图3，UVC-LED倒装芯片被分成四个区域，每个区域分别制成第一发光二极管11，第二发光二极管21，第三发光二极管31和第四发光二极管41。每个发光二极管包括设于衬底110上的半导体发光堆叠层、第一电极和第二电极。该深紫外发光二极管芯片是将第一发光二极管11，第二发光二极管21，第三发光二极管31和第四发光二极管41通过串联进行连接形成的芯片结构。
具体，第一发光二极管11包括半导体发光堆叠层102、第一电极104与第二电极107，半导体发光堆叠层102包括由上至下依次层叠的第一半导体层112、量子阱发光层113和第二半导体层114；第一电极104设于第一半导体层112之上且电连接于第一半导体层112，第一电极104和第一半导体层112之间设有透明导电层103；第二电极107设于第二半导体层114的台面上且电连接于第二半导体层114。第二发光二极管21，第三发光二极管31和第四发光二极管41的结构参考第一发光二极管11，不加以赘述。
衬底110可为透明性衬底或者非透明衬底或者半透明衬底，衬底110可以是蓝宝石平片衬底、蓝宝石图形化衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、玻璃衬底中的任意一种。
发光二极管11,21,31,41可通过图案化以相同生长程序(例如有机金属化学气相沉积(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)等)生长的氮化物半导体层来形成，以便彼此分开。因此，形成发光二极管11的第一半导体层112、量子阱发光层113及第二半导体层114的程序可以与形成发光二极管21,31,41的第一半导体层、量子阱发光层及第二半导体层的程序相同。
由于第一电极104，204，304，404一般是先蒸镀金属，再进行高温融合金属材质的方式制成，第一电极104，204，304，404的材料可以选自Cr、Pt、Au、Ni、Ti、Al、PtAu中的一种或多种。
第一半导体层112，212，312，412可以是掺杂了p型杂质，例如Mg的氮化镓类半导体层。
量子阱发光层113，213，313，413可以为量子阱结构(Quantum Well，简称QW)。在其他实施例中，量子阱发光层113，213，313，413也可以为多重量子阱结构(Multiple QuantumWell，简称MQW)，其中多重量子阱结构包括以重复的方式交替设置的多个量子阱层(Well)和多个量子阻障层(Barrier)。
此外，量子阱发光层113，213，313，413内的阱层的组成以及厚度决定生成的光的波长。特别是，通过调节阱层的组成可以提供生成紫外线、蓝色光、绿色光等不同色光的发光层。实施例的发光二极管结构的波长范围介于220nm～320nm。
第二半导体层114，214，314，414形成于衬底110上，该半导体层作为在衬底110上生长的层，可以是掺杂了n型杂质，例如Si的氮化镓类半导体层。在一些实施例中，在第一半导体层112，212,312,412与衬底110之间设置还可缓冲层。
透明导电层103,203,303,403是采用透明导电材料制成，用于扩展电流改善电流分布，可保证横向的电流扩展效果。作为示例，透明导电材料可包含铟锡氧化物(indiumtin oxide，ITO)、锌铟氧化物(indium zinc oxide，IZO)、氧化铟(indium oxide，InO)、氧化锡(tin oxide，SnO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、锡锑氧化物(antimony tinoxide，ATO)、铝锌氧化物(aluminum zinc oxide，AZO)、锌锡氧化物(zinc tin oxide，ZTO)、氧化锌掺杂镓(gallium doped zinc oxide，GZO)、氧化铟掺杂钨(tungsten dopedindium oxide，IWO)或者氧化锌(zinc oxide，ZnO)，透明导电层103,203,303,403的厚度可以介于5-500纳米。
本实施例中，4个发光二极管区块化矩阵式排列，并以临界边101，201，301，401为区块边界，排列顺序由上至下由左至右为第三发光二极管31、第四发光二极管41、第一发光二极管11和第二发光二极管21，其中，第三发光二极管31的第二电极307与第一发光二极管11的第一电极104之间通过金属连接层309连接，第一发光二极管11的第二电极107与第二发光二极管21的第一电极204之间通过金属连接层109连接，第二发光二极管21的第二电极207与第四发光二极管41的第一电极404之间通过金属连接层209连接，形成了串联结构。在金属连接层109、209、309下方分别设有与下方的半导体发光堆叠层隔开的电子阻挡层108、208、308。
金属连接层109、209、309可选用与第二电极107，207，307，407相同的材料，例如Cr、Pt、Au、Ni、Ti、Al、PtAu等，厚度范围为1500-1800纳米。
电子阻挡层108,208,308的材料包含非导电材料。非导电材料优选地为无机材料或是介电材料。无机材料包含硅胶(Silicone)或玻璃(Glass)。介电材料包含氧化铝(AlO)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、或氟化镁(MgFx)可以是电绝缘材料；厚度介于800-2200纳米。电子阻挡层108,208,308分别位于临界边101和201，临界边201和401，临界边301和101的第一电极与第二电极的连接处(即金属连接层109、209、309)的下方，用来隔断电流，防止漏电。这也是本实施例形成串联的主要保护措施。
绝缘层111覆盖在半导体发光堆叠层102，202，302，402上，并具有第一开口106和第二开口406。第一开口106和第二开口406分别位于第三发光二极管31的第一半导体层312的第一电极304的上方和发光二极管41的第二半导体层414的第二电极407的上方。
绝缘层111的材料包含非导电材料。非导电材料优选地为无机材料或是介电材料。无机材料包含硅胶(Silicone)或玻璃(Glass)。介电材料包含氧化铝(AlO)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)、氧化钛(TiOx)、或氟化镁(MgFx)可以是电绝缘材料。
例如，绝缘层111可以是二氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铌、钛酸钡或者其组合，其组合例如可以是两种材料重复堆叠形成的布拉格反射镜(DBR)。
第一焊盘105与第二焊盘205皆位于绝缘层111上，第一焊盘105是通过第一开口106电连接发光二极管31的第一电极304，第二焊盘205是通过第二开口406电连接发光二极管41的第二电极407。第一焊盘105和第二焊盘205可在同一工艺中利用相同材料一并形成，因此可具有相同的层构造。
其中，第二电极107、207和307为位于第一电极104、204、304外侧的U型结构，第一电极404为位于第二电极407外侧的框型结构，一方面使得电流分布更为均匀，另一方面，由于深紫外芯片侧壁发光占比比较大，通过本发明的串联结构增加了侧壁数量，使得发光强度提升。
实施例的四区块串联发光二极管的芯片结构，相对于单一发光二极管结构，发光强度提高了24％左右。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种倒装深紫外发光二极管芯片，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：包括区块式排列于一衬底上的若干发光二极管和覆盖所述若干发光二极管的绝缘层；各发光二级管分别包括半导体发光堆叠层、第一电极和第二电极，所述若干发光二极管通过电极连接形成串联的结构，并在电极连接处下方设有电子阻挡层；所述绝缘层对应串联的若干发光二极管两末端的电极设有开口，两末端的电极通过所述开口引出并与设于所述绝缘层上的第一焊盘和第二焊盘一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述半导体发光堆叠层由上至下包括依次层叠的第一半导体层、量子阱发光层和第二半导体层；第一半导体层和第二半导体层之一为p型掺杂层，另一为n型掺杂层；所述第一电极设于所述第一半导体层上，所述第二电极设于所述第二半导体层的台面上。
3.根据权利要求2所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述串联的结构是：一发光二极管的第二电极与相邻发光二极管的第一电极之间通过金属连接层电性连接，所述金属连接层与所述半导体发光堆叠层之间通过所述电子阻挡层隔开。
4.根据权利要求3所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述金属连接层的厚度为1500～1800nm。
5.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述电子阻挡层的材料是硅胶、玻璃、氧化铝、氮化硅、氧化硅、氧化钛或氟化镁，厚度为800-2200nm。
6.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：还包括设于所述第一半导体层和所述第一电极之间的透明导电层，所述透明导电层的材料是铟锡氧化物、锌铟氧化物、氧化铟、氧化锡、镉锡氧化物、锡锑氧化物、铝锌氧化物、锌锡氧化物、氧化锌掺杂镓、氧化铟掺杂钨或氧化锌，厚度为5～500nm。
7.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述第一电极和所述第二电极的材料选自Cr、Pt、Au、Ni、Ti、Al、PtAu中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述绝缘层的材料是二氧化硅、氮化硅、氧化钛、氧化钽、氧化铌、钛酸钡中的一种或组合。
9.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：包括4个或6个区块式矩阵排列并形成串联的结构的所述发光二极管。
10.根据权利要求1所述的倒装深紫外发光二极管芯片，其特征在于：所述发光二极管的发光波长范围为220nm～320nm。
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