CN208284494U - 紫外发光二极管芯片结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的紫外发光二极管芯片结构，芯片的辐射出光波长不大于360nm，芯片至少具有第一类型半导体层、第一接触层，有源层、第二类型半导体层，第二接触层，其特征在于：在第一类型半导体层表面具有图形化孔洞，图形化孔洞内具有金属反射层，金属反射层到有源层的距离不大于50nm。金属反射层表面具有等离激元，利用等离激元提升了产品的亮度，同时克服了外延材料习惯的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及紫外发光二极管领域，具体涉及紫外发光二极管的芯片结构。
背景技术
紫外LED芯片（波长λ不大于360nm，特别是波长λ不大于280nm的深紫外）作为一种具有高效、节能、轻便等优势的光源可用于空气、水净化，医用杀菌、消毒紫外固化等领域而被广泛关注。然而，相比于传统的可见光LED芯片的外量子效率（通常大于50%）、紫外LED芯片的外量子效率（现有水平在8%以下）还存在很大的提升空间，其中，较低的内量子效率（现有水平小于40%）主要是由于外延的晶体缺陷导致AlGaN异质结的本征特性导致，可以通过改进外延技术提升内量子效率。AlGaN基UV LED芯片的一个重要研究点是其光提取技术,造成其EQE外量子效率较低的重要因素之一就是其较低的光提取效率，这主要是由UV LED外延层的内吸收、内部全反射及偏振特性导致的。
实用新型内容
为解决背景技术中的问题，本实用新型公开了一种紫外发光二极管芯片结构，芯片的辐射出光波长不大于360nm，芯片至少具有第一类型半导体层、第一接触层，有源层、第二类型半导体层，第二接触层，在第一类型半导体层表面具有图形化孔洞，孔洞的开口直径不大于30μm，图形化孔洞内具有金属反射层，金属反射层到有源层的距离不大于50nm。
在一些实施例中，在金属反射层与孔洞之间具有介质层薄膜，介质层具有较强的抗电击穿能力，由于在第一类型半导体层表面挖孔洞会造成第一类型半导体层的电流扩展能力下降，电流集中在孔洞附近区域，而在金属反射层与孔洞之间具有介质层薄膜改善了电流过于集中缺陷，起到电流扩展的作用。
根据该实施例，优选的，图形化孔洞的总面积占第一类型半导体层面积的10%~50%，现有技术的图形化孔洞面积由于受限于电流分布密度问题，电流集中在孔洞附近区域的第一类型半导体层，而导致出光不均匀，因此孔洞的面积通常不大于50%，而本实施例通过设置介质层作为电流扩展层，促进电流往远离孔洞的区域扩散，基于该扩散效果，本实用新型孔洞的在第一类型半导体层表面的覆盖面积可以大于现有技术的覆盖面积比例。
根据该实施例，优选的，介质层的折射率低于第一类型半导体层的折射率，从而实现类似全角反射镜子的作用。
根据该实施例，优选的，介质层包括氮化钛或氮化硅等对紫外波长吸光较少的介质材料。
根据该实施例，优选的，介质层的厚度不大于50nm，如果介质层厚度过大，也会阻挡金属与有源区的耦合作用，并且介质层的也会有一定程度的吸光，因此厚度不宜多大。
根据该实施例，在一些技术方案中，金属反射层可从介质层薄膜延伸覆盖到第一类型半导体表面。
根据本实用新型，优选的，第一类型半导体层为P型层。
根据本实用新型，优选的，第一类型半导体层包括P型氮化镓和P型铝镓氮。
根据本实用新型，优选的，金属反射层材料可选择为Al或Rh等对紫外波长具有较好的反射效果。
根据本实用新型，优选的，芯片的辐射出光波长不大于280nm。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1~图2是实施例1的结构示意图；
图3是实施例2的结构示意图；
图4是实施例3的结构示意图；
图5是实施例3的变形实施方式的结构示意图。
图中标示：100、第一类型半导体层；101、P型GaN层；102、P型AlGaN层；110、第一接触层；200、有源层；300、第二类型半导体层；310、第二接触层；400、衬底；500、金属反射层；600、介质层。
具体实施方式
下面便结合附图对本实用新型若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本实用新型保护范围不构成任何限制。
应当理解，本实用新型所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本实用新型。进一步理解，当在本实用新型中使用术语“包含”、"包括"时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本实用新型所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本实用新型所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本实用新型中明确如此定义之外。
紫外发光二极管芯片的辐射出光波长不大于360nm，该波长的产品比常规蓝光氮化镓系产品更易被外延材料吸收，而造成出光率下降，因此在波长不大于280nm的深紫外波段，本实用新型对光性能提升更加突出，主要应用在倒装芯片结构中，本实用新型的芯片至少具有第一类型半导体层100、第一接触层110、有源层200、第二类型半导体层300、第二接触层310，第二类型半导体层300在衬底400上制作，衬底400可以后续电极键合后剥离，在第一接触层110和第二接触层310用于电连接，在第一类型半导体层100表面具有图形化孔洞，孔洞的开口直径不大于30μm，图形化孔洞内具有金属反射层500，金属反射层500到有源层200的距离不大于50nm，该距离下的金属反射层500离有源层200较近，减少了外延材料的吸光。
参看图1，根据上述结构，本实用新型提供了第一个实施例，一种紫外发光二极管，其第一类型半导体层100要由P型GaN层101和P型AlGaN层102组成，第二类型半导体层300主要由N型AlGaN组成，在一些情况下第二类型半导体层300也可能由N型GaN层组成，在P型GaN层101的表面分布有图形化孔洞结构，在图形化孔洞中制作金属反射层500，孔洞底端到有源层200的距离d不大于50nm，在该距离下，金属表面具有的等离激元增加了金属与有源层200的耦合作用，提升了有源层200的出光。
参看图2，在金属反射层500上覆盖第一接触层110，制作出电接触。
参看图3，本实用新型提供了第二个实施例，在该实施例中，在P型AlGaN层102厚度大于50nm的情况下，上述P型GaN层101表面分布的图形化孔洞结构进一步延伸到P型AlGaN层102中。
参看图4，在前两个实施例的基础上，本实用新型提供了第三个实施例，在金属反射层500与孔洞之间具有介质层600薄膜，该孔洞填充金属反射层500容易在孔洞附近区域造成电流堆积，出现电击穿外延层的情况，而介质层600具有较强的抗电击穿能力。除了抗电击穿外，在第一类型半导体层100表面挖孔洞会造成第一类型半导体层100的电流扩展能力下降，电流集中在孔洞附近区域，在金属反射层500与孔洞之间具有介质层600薄膜改善了电流过于集中的缺陷，起到电流扩展的作用。
在第三个实施例中，图形化孔洞的总面积占第一类型半导体层100面积的10%~50%，现有技术的图形化孔洞面积由于受限于电流分布密度问题，电流集中在孔洞附近区域的第一类型半导体层100，而导致出光不均匀，因此孔洞的面积通常不大于50%，而本实施例通过设置介质层600作为电流扩展层，促进电流往远离孔洞的区域扩散，基于该扩散效果，本实用新型孔洞的在第一类型半导体层100表面的覆盖面积可以大于现有技术的覆盖面积比例，并保证较好的电流扩展性能。
在第三个实施例中，介质层600的折射率低于第一类型半导体层100的折射率，从而实现类似全角反射镜子的作用，介质层600包括氮化钛或氮化硅等对紫外波长吸光较少的介质材料。
在第三个实施例中，介质层600的厚度不大于50nm，如果介质层600厚度过大，也会阻挡金属与有源区的耦合作用，并且介质层600的也会有一定程度的吸光，因此厚度不宜多大。
参看图5，在第三个实施例中，金属反射层500材料可选择为Al或Rh等对紫外波长具有较好的反射效果，作为一种变形实施方式，金属反射层500可从介质层600薄膜延伸覆盖到第一类型半导体100表面，在金属反射层500上可以选择覆盖上第一接触层110，用以制作电接触。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (11)
1.紫外发光二极管芯片结构，芯片的辐射出光波长不大于360nm，芯片至少具有第一类型半导体层、第一接触层，有源层、第二类型半导体层，第二接触层，其特征在于：在第一类型半导体层表面具有图形化孔洞，孔洞的开口直径不大于30μm，图形化孔洞内具有金属反射层，金属反射层到有源层的距离不大于50nm。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：在金属反射层与孔洞之间具有介质层薄膜。
3.根据权利要求2所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：图形化孔洞的总面积占第一类型半导体层面积的10%~50%。
4.根据权利要求2所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：介质层的折射率低于第一类型半导体层的折射率。
5.根据权利要求2所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：介质层的材料包括氮化钛或氮化硅。
6.根据权利要求2所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：介质层的厚度不大于50nm。
7.根据权利要求2到6中任意一项所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：金属反射层从介质层薄膜延伸覆盖到第一类型半导体表面。
8.根据权利要求1到6中任意一项所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：第一类型半导体层为P型层。
9.根据权利要求1到6中任意一项所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：第一类型半导体层包括P型氮化镓和P型铝镓氮。
10.根据权利要求1到6中任意一项所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：金属反射层材料为Al或Rh。
11.根据权利要求1到6中任意一项所述的紫外发光二极管芯片结构，其特征在于：芯片的辐射出光波长不大于280nm。
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2018
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