CN207800630U - 一种紫外led芯片及一种紫外led - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种紫外LED芯片，由于具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层，这种形式的外延层含有倾斜的空气间隙，使得相邻的倾斜纳米柱阵列之间被空气相互贯通，利用纳米柱阵列和外界空气这两种界面之间的菲涅耳散射以及倾斜侧壁对光线的漫反射效应，能够增强紫外LED的出光效率和亮度，还由于所述N型欧姆接触层利用贯穿所述蓝宝石衬底、所述缓冲及成核层、所述AlN/AlGaN超晶格层的金属接触栓连接至所述N型AlGaN层，因此能够增强散热效果，本申请还提供了紫外LED，由于包括上述紫外LED芯片，因此能够增强紫外LED的出光效率和亮度，增强散热效果。

Description

一种紫外LED芯片及一种紫外LED

技术领域

本实用新型属于LED技术领域，特别是涉及一种紫外LED芯片及一种紫外LED。

背景技术

随着紫外LED技术的发展、输出性能的提升和生产成本的降低，相对于传统的紫外光源，紫外LED具有理论使用寿命长、高效率、稳定可靠、亮度均匀以及不含有毒物质等优点，在杀菌消毒、光固化和通用照明等领域的广泛应用，近年来也越来越受到半导体照明行业的关注。但是，目前LED外延片中内部接触层材料以及外延层结构之间存在光吸收现象，导致了光效差和亮度不高的问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种紫外LED芯片及一种紫外LED，能够增强紫外LED的出光效率和亮度，增强散热效果。

本实用新型提供的一种紫外LED芯片，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的上表面依次设置有缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格层、N型AlGaN层、具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层，所述紫外LED外延层的上表面还依次设置有平面状的导电层和镜面反射层，所述镜面反射层的表面利用键合连接层固定有P型导电衬底，所述P型导电衬底的上表面依次设置有P型欧姆接触层和P型电极，所述蓝宝石衬底的下表面依次设置有N型欧姆接触层和N型电极，所述N型欧姆接触层利用贯穿所述蓝宝石衬底、所述缓冲及成核层、所述AlN/AlGaN超晶格层的金属接触栓连接至所述N型AlGaN层。

优选的，在上述紫外LED芯片中，所述缓冲及成核层为异质结构BN层。

优选的，在上述紫外LED芯片中，所述键合连接层为锗层、铂层、金层、铝层或ITO层。

优选的，在上述紫外LED芯片中，所述P型导电衬底和所述P型欧姆接触层之间还设置有导电薄膜层。

优选的，在上述紫外LED芯片中，所述纳米柱阵列的倾斜角度范围为45°至60°，且相邻的纳米柱阵列之间空隙的孔径范围为1nm至5nm。

本实用新型提供的一种紫外LED，包括如上面任一项所述的紫外LED芯片。

通过上述描述可知，本实用新型提供上述紫外LED芯片，由于具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层，这种形式的外延层含有倾斜的空气间隙，使得相邻的倾斜的纳米柱阵列之间被空气相互贯通，利用纳米柱阵列和外界空气这两种界面之间的菲涅耳散射以及倾斜侧壁对光线的漫反射效应，因此能够增强紫外LED的出光效率，提高光效和亮度，还能够增强散热效果，本实用新型提供的上述紫外LED，由于包括上述紫外LED芯片，因此能够增强紫外LED的出光效率和亮度，还能够增强散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种紫外LED芯片的示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于提供一种紫外LED芯片及一种紫外LED，能够增强紫外LED的出光效率和亮度，增强散热效果。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例提供的第一种紫外LED芯片如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种紫外LED芯片的示意图，该紫外LED芯片包括蓝宝石衬底1，所述蓝宝石衬底1的上表面，可以但不限于在其C面上进行外延操作，依次设置有缓冲及成核层2、AlN/AlGaN超晶格层3、N型AlGaN层4、具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层5，其中的缓冲及成核层2可以采用电子回旋共振等离子体溅射设备制作出来，其中的AlN/AlGaN超晶格层3可以具有0.8μm至1.4μm的厚度，这是多周期相互间隔分布的结构，可设置为20个周期，每个周期中的AlN/AlGaN超晶格结构中包含厚度为20nm至35nm的AlN层和厚度为20nm至35nm的AlGaN层，将反应设备里面的温度迅速升高并维持在1050至1080℃后，在所述AlN/AlGaN超晶格层3的表面上外延重掺杂的N型AlGaN层4，并可选的将N型AlGaN层4的厚度保持在2μm，这里采用倾斜式的纳米柱阵列是考虑了纳米柱阵列中的有源区之间被空气相互贯通，进而利用这两种界面之间的全反射以及倾斜侧壁对光线的漫反射效应，来增强紫外LED的出光效率，具体的，这种紫外LED外延层5可以但不限于包括厚度为52.5nm的量子阱有源区501(MQWs)、厚度为60nm的P型AlGaN电子阻挡层502、厚度为10nm的P型AlGaN层503和厚度为100nm的P型GaN层504，所述LED外延层5的上表面还依次设置有平面状的导电层6和镜面反射层7，所述导电层6的厚度可以优选为50nm，所述镜面反射层7的厚度可以优选为50nm，所述镜面反射层7的表面利用键合连接层8固定有P型导电衬底9，形成电气连接，这里所用的P型导电衬底可以选用导电性好的硅衬底或锗衬底等等，此处并不限制，所述P型导电衬底9的上表面可以先采用掩膜光刻工艺制备出具有纳米图形的衬底，然后在其表面上进行外延生长，依次设置有P型欧姆接触层10和P型电极11，所述蓝宝石衬底1的下表面依次设置有N型欧姆接触层12和N型电极13，所述N型欧姆接触层12利用贯穿所述蓝宝石衬底1、所述缓冲及成核层2、所述AlN/AlGaN超晶格层3的金属接触栓14连接至所述N型AlGaN层4。

需要说明的是，本方案中提到的紫外LED芯片，可以是短波紫外LED芯片、中波紫外LED芯片或长波紫外LED芯片，这种紫外LED器件所发出的光取决于Al_xGa_1-xN/Al_xGa_1-xN超晶格中Al组分(x)的大小，而且，还可以对所述紫外LED外延芯片结构中的台面、外延层结构的侧壁以及外部电极表面均采用钝化处理，形成图1中的钝化隔离层17，防止外界环境对LED芯片的腐蚀，减小台面和台阶侧壁处漏电流对紫外LED芯片的影响，并利于LED外延片中有源区的电流扩展，降低电流堆积效应，提高LED器件的光输出功率，还可对金属接触栓14的表面进行绝缘和钝化处理，形成包裹金属接触栓14的环形柱状的绝缘层16，防止其侧壁表面与芯片内部接触层之间直接形成电流回路而造成短路，其中，所述钝化隔离层17和所述绝缘层16的厚度均可以优化地设置为10nm。

通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种紫外LED芯片，由于具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层，这种形式的外延层含有倾斜的空气间隙，使得相邻的倾斜的纳米柱阵列之间被空气相互贯通，利用纳米柱阵列和外界空气这两种界面之间的菲涅耳散射以及倾斜侧壁对光线的漫反射效应，因此能够增强紫外LED的出光效率，提高光效和亮度，还能够增强散热效果。

本申请实施例提供的第二种紫外LED芯片，是在上述第一种紫外LED芯片的基础上，还包括如下技术特征：

所述缓冲及成核层为异质结构BN层。

这里可以但不限于选用厚度为10nm的异质结构BN层，其具有高熔点和热稳定性好的优势，用以取代现有技术中的低温条件下制备的AlN缓冲及成核层，能够有效地缓解LED外延层结构之间的应力，直接改善外延层结构中的材料质量，提高晶体横向生长的速率，降低位错密度，通过设置这种类型的缓冲及成核层，避免在后期垂直倒装结构的紫外LED封装过程中，LED外延结构中的蓝宝石衬底及缓冲层所出现的难剥离的问题，减少剥离过程导致的损伤。

本申请实施例提供的第三种紫外LED芯片，是在上述第一种紫外LED芯片的基础上，还包括如下技术特征：

所述键合连接层为锗层、铂层、金层、铝层或ITO层。

需要说明的是，这些种类的键合连接层粘合性好、导热性好、导电性好、对光线的吸收少、粘结时受热不易滑移，当然这仅是其中的一些优选方案，这里并不排除采用其他方案。

本申请实施例提供的第四种紫外LED芯片，是在上述第一种至第三种紫外LED芯片中任一种的基础上，还包括如下技术特征：

继续参考图1，所述P型导电衬底9和所述P型欧姆接触层10之间还设置有导电薄膜层18。

实际上，只要有P型欧姆接触层也可以，而这种优选方案中增加了导电薄膜层，这也就可以等效为欧姆接触层，能够增强欧姆接触的效果，这种导电薄膜层可以但不限于选用导电性好且散热效果优越的石墨烯，具体的，可以通过对所述P型导电衬底进行前期的清洗等预处理除去表面的污染物，然后在所述P型导电衬底的表面，采用MOCVD设备、真空镀膜机或者低压磁控溅射设备进行导电薄膜层的沉积处理，铺设单层的石墨烯薄膜层等二维材料，缓解了衬底与LED外延层结构之间由于晶格失配所引起的应力，以及在所述P型导电衬底一侧的P型欧姆接触层表面上继续设置有电极接触层结构，形成外部的P型电极。

本申请实施例提供的第五种紫外LED芯片，是在上述第四种紫外LED芯片的基础上，还包括如下技术特征：

所述纳米柱阵列的倾斜角度范围为45°至60°，且相邻的纳米柱阵列之间空隙的孔径范围为1nm至5nm。

需要说明的是，具有这种尺寸和形状参数的纳米柱阵列能够保证具有更好的出光效率、亮度和散热效果。

本申请实施例提供的一种紫外LED，包括如上面任一种紫外LED芯片。

由于这种紫外LED包括上述紫外LED芯片，因此能够增强出光效率，提高光效和亮度，并能够增强散热效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种紫外LED芯片，其特征在于，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的上表面依次设置有缓冲及成核层、AlN/AlGaN超晶格层、N型AlGaN层、具有从下至上渐缩的倾斜式纳米柱阵列形式的紫外LED外延层，所述紫外LED外延层的上表面还依次设置有平面状的导电层和镜面反射层，所述镜面反射层的表面利用键合连接层固定有P型导电衬底，所述P型导电衬底的上表面依次设置有P型欧姆接触层和P型电极，所述蓝宝石衬底的下表面依次设置有N型欧姆接触层和N型电极，所述N型欧姆接触层利用贯穿所述蓝宝石衬底、所述缓冲及成核层、所述AlN/AlGaN超晶格层的金属接触栓连接至所述N型AlGaN层。

2.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述缓冲及成核层为异质结构BN层。

3.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述键合连接层为锗层、铂层、金层、铝层或ITO层。

4.根据权利要求1-3任一项所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述P型导电衬底和所述P型欧姆接触层之间还设置有导电薄膜层。

5.根据权利要求4所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述纳米柱阵列的倾斜角度范围为45°至60°，且相邻的纳米柱阵列之间空隙的孔径范围为1nm至5nm。

6.一种紫外LED，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的紫外LED芯片。