CN212725355U - Uvc-led倒装芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种UVC‑LED倒装芯片，涉及半导体固体照明技术领域，包括衬底、半导体发光堆叠层和反射结构，半导体发光堆叠层设置在衬底的第一表面上；反射结构设置在半导体发光堆叠层的侧壁外围并延伸至衬底的侧壁外围，配置有可对由半导体发光堆叠层侧壁发出的光线进行反射的第一反射壁，以及对由衬底侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。本申请中的反射结构可将半导体发光堆叠层侧壁发出的光线及衬底侧壁发出的光线反射，减小半导体发光堆叠层侧壁及衬底侧壁出光，增强UVC‑LED倒装芯片的正向出光，缩小该UVC‑LED倒装芯片的出光角度，提高出光效率，进而改善UVC‑LED倒装芯片的杀菌效果。
Description
技术领域
本申请涉及半导体固体照明相关技术领域，尤其涉及一种UVC-LED倒装芯片。
背景技术
UVC-LED芯片在杀菌领域具有广泛的应用，市面上较为常见的UVC-LED芯片均存在一个问题：出光角度较大、侧光较强、正向光较弱、出光效率较低。另外，由于外延层应力的原因，UVC-LED芯片均具有较厚的衬底，若衬底较薄，会降低UVC-LED芯片的制作良率。因此，较厚的衬底可以保证UVC-LED芯片的良率。
在对杀菌范围不敏感的场景，小的出光角度可以使得UVC-LED芯片的光线更加集中，UVC-LED芯片的杀菌时间较短。而较厚的衬底就相当于一个广角的透镜，进一步增强UVC-LED芯片的侧光，增加UVC-LED芯片的出光角度，进而影响UVC-LED芯片的杀菌效果。
实用新型内容
本申请提供了一种UVC-LED倒装芯片，其能够改善现有UVC-LED倒装芯片出光角度大、侧光强所导致的杀菌效果差的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种UVC-LED倒装芯片，包括：
衬底，包括相对的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧壁；
半导体发光堆叠层，设置在衬底的第一表面上；
反射结构，设置在半导体发光堆叠层的侧壁外围并延伸至衬底的侧壁外围；反射结构配置有可对由半导体发光堆叠层侧壁发出的光线进行反射的第一反射壁；以及对由衬底侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。
在一种可能的实施方案中，第一反射壁与第二反射壁一体设置。
在一种可能的实施方案中，第一反射壁与第二反射壁错位设置。
在一种可能的实施方案中，第二反射壁自衬底的第一表面延伸至衬底的侧壁，且第二反射壁在衬底厚度方向上覆盖住衬底侧壁的深度至少为衬底厚度的四分之三，并且小于衬底厚度。
在一种可能的实施方案中，衬底的侧壁设有具有台面的台阶结构；或者，衬底的侧壁设有倾斜区域。
在一种可能的实施方案中，第二反射壁自衬底的第一表面覆盖至衬底侧壁的台阶结构，或倾斜区域。
在一种可能的实施方案中，衬底的厚度至少为200μm。
在一种可能的实施方案中，反射结构为反射层，反射层为金属层。
在一种可能的实施方案中，反射层与半导体发光堆叠层之间设有绝缘层。
在一种可能的实施方案中，反射层与绝缘层之间设有粘附层。
在一种可能的实施方案中，反射结构为反射层，反射层为绝缘层。
在一种可能的实施方案中，绝缘层包括分布布拉格反射镜(DBR)。
在一种可能的实施方案中，上述UVC-LED倒装芯片还包括焊盘电极，焊盘电极延伸至半导体发光堆叠层的侧壁外围并延伸至衬底的侧壁外围形成反射结构。
与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：
反射结构具备可对由半导体发光堆叠层侧壁和衬底的侧壁发出的光线进行反射的反射壁，保证了由半导体发光堆叠层侧壁和衬底的侧壁出射的光可经由反射结构反射，减小半导体发光堆叠层侧壁和衬底的侧壁出光，进一步增强UVC-LED倒装芯片的正向出光，缩小该UVC-LED倒装芯片的出光角度，提高出光效率，进而改善UVC-LED倒装芯片的杀菌效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图2为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图3为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图4为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图5为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图6为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图；
图7为根据本申请实施例示出的一种UVC-LED倒装芯片的结构示意图。
图示说明：
100衬底；200半导体发光堆叠层；201第一导电型半导体层；202发光层；203第二导电型半导体层；210电流扩展层；220第一金属电极；230第二金属电极；240绝缘层；250第一焊盘电极；260第二焊盘电极；270反射层。
具体实施方式
下面结合附图对本申请具体实施方式的技术方案作进一步详细说明，这些实施方式仅用于说明本申请，而非对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指的是两个及两个以上。
根据本申请的一个方面，提供了一种UVC-LED倒装芯片，UVC-LED倒装芯片的发光波段介于200nm～280nm。参见图1～图7，UVC-LED倒装芯片包括衬底100、半导体发光堆叠层200和反射结构；衬底100包括相对的第一表面和第二表面，以及连接第一表面和第二表面的侧壁；半导体发光堆叠层200设置在衬底100的第一表面上，衬底100的第二表面为出光面；反射结构设置在半导体发光堆叠层200的侧壁外围并延伸至衬底100的侧壁外围；且反射结构配置有可对由半导体发光堆叠层200侧壁发出的光线进行反射的第一反射壁；以及对由衬底100侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。
本申请的工作过程和工作原理：
反射结构配置有第一反射壁和第二反射壁，第一反射壁保证了半导体发光堆叠层由半导体发光堆叠层200侧壁出射的光可经由反射结构反射，减小半导体发光堆叠层200侧壁出光；由于衬底100的第一表面及侧壁配置有第二反射壁，即相当于在衬底100上增加反射区域，可对由衬底100侧壁发出的光线进行反射，保证了半导体发光堆叠层由衬底100侧壁出射的光可经由反射结构反射，减小了衬底100侧壁出光，进一步增强UVC-LED芯片的正向出光，缩小该UVC-LED芯片的出光角度，提高出光效率。
在一种实施方式中，参见图1～图7，反射结构包括第一反射结构和第二反射结构，第一反射结构至少覆盖半导体发光堆叠层200侧壁，并形成可对由半导体发光堆叠层200侧壁发出的光线进行反射的第一反射壁；第二反射结构自衬底100的第一表面覆盖至衬底100的侧壁，并形成可对由衬底100侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。第一反射结构的材料和第二反射结构的材料相同，或不相同。第二反射结构为第一反射结构延伸至衬底100的侧壁上的结构，或为独立于第一反射结构的结构。第一反射结构的第一反射壁与第二反射结构的第二反射壁连续设置，第一反射结构和第二反射结构可以为一体设置，其材料相同且第一反射壁与第二反射壁连续；第一反射结构和第二反射结构也可以为独立设置的连续结构，其材料不相同。作为可替换的实施方式，第一反射结构的第一反射壁与第二反射结构的第二反射壁错位设置，第一反射壁与第二反射壁间隔一定距离。
具体来说，第一反射壁与第二反射壁连续设置或错位设置均可以减小衬底100侧壁的出光角度，增强UVC-LED倒装芯片的正向出光，提高UVC-LED倒装芯片的出光效率。
在一种实施方式中，参见图1～图7，衬底100的厚度至少为200μm。衬底100设有自衬底100的第一表面延伸至衬底100侧壁的凹陷区，第二反射结构填充衬底100上的凹陷区且至少覆盖凹陷区，并形成可对由衬底100侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。
较佳的，衬底100的厚度至少为200μm以上。这主要是由于目前UVC-LED倒装芯片中衬底100上半导体发光堆叠层200应力较大，如果衬底100很薄，容易导致衬底100产生向半导体发光堆叠层200方向的翘曲，进而降低芯片制程中的划裂破片工艺良率。
由于衬底100的厚度较厚，因此反射结构需要尽量覆盖住衬底100的侧壁周围。相反的，针对200μm以上的衬底厚度，如果反射结构仅保留第一反射壁，不设置第二反射壁至衬底100的侧壁，较厚的衬底100侧壁和第二表面共同形成一个透镜，使得出光角度广，UVC-LED倒装芯片正面出光角度分布范围缩小的效果不明显，因此较佳的反射结构延伸至衬底100的至少部分侧壁。
较佳的，第二反射壁自衬底100的第一表面延伸至衬底100的侧壁，且第二反射壁在衬底100厚度方向上覆盖住衬底100侧壁的深度至少为衬底100厚度的四分之三，且小于衬底100厚度。理论上，第二反射壁在衬底100厚度方向上覆盖住衬底100侧壁的深度最大为衬底100的厚度，第二反射壁覆盖衬底100的整个侧壁，但由于在UVC-LED倒装芯片转移过程第二反射壁的边缘易被拉起，导致第二反射壁从衬底100侧壁上脱落，从而第二反射壁起不到反射衬底100侧壁发出的光线的效果。因此，第二反射壁在衬底100厚度方向上覆盖住衬底100侧壁的深度需小于衬底100的厚度。
具体来说，凹陷区为具有台面的台阶结构(图2)，或倾斜区域(图5)。第二反射壁自衬底100的第一表面覆盖至衬底100侧壁的台阶结构，或倾斜区域。在衬底100的侧壁设有凹陷区，相当于减小了衬底100的厚度，并在衬底100上增加反射区域，从而减少衬底100侧壁的出光角度，提高出光效率。
需要说明的是，凹陷区的结构只是示例性的，本申请对于凹陷区的结构不做具体限定，凡是能够实现减小衬底侧壁出光的结构均落入本申请的保护范围。
具体来说，衬底100选用具有透明性质的材料，衬底100可包括蓝宝石图形化衬底、蓝宝石衬底、氮化镓衬底、玻璃衬底等，在本实施例中，衬底100具体为蓝宝石图形化衬底或者蓝宝石平底衬底。
需要说明的是，衬底100的结构只是示例性的，本申请对于衬底100的结构不做具体限定。
在一种实施方式中，参见图1～图7，半导体发光堆叠层200包括第一导电型半导体层201、发光层202和第二导电型半导体层203。第一导电型半导体层201和第二导电型半导体层203为包覆层或局限层，具有不同的导电形态、电性、极性或用于提供电子或空穴的掺杂元素；发光层202可以是单异质结构、双异质结构、单量子阱层、或多层量子肼层。
具体来说，第一导电型半导体层201可以为N型半导体层，N型半导体层包括掺杂硅的氮化镓系层；第二导电型半导体层203可以为P型半导体层，P型半导体层包括掺杂镁的氮化镓系层；发光层202可以为多层量子肼层。
具体来说，衬底100和第一导电型半导体层201之间可设有缓冲层，缓冲层的设置可以根据UVC-LED倒装芯片的具体需求来决定，当不需要缓冲层时，衬底100和第一导电型半导体层201之间也可不设有缓冲层。
需要说明的是，第一导电类型半导体层201、发光层202、第二导电类型半导体层203的结构只是示例性的，本申请对于第一导电类型半导体层201、发光层202、第二导电类型半导体层203的结构不做具体限定。
在一种实施方式中，参见图1～图7，上述UVC-LED倒装芯片还包括第一金属电极220和第二金属电极230，第一金属电极220设在半导体发光堆叠层200暴露第一导电类型半导体层201的台面上；第二金属电极230设在半导体发光堆叠层200的第二导电型半导体层203上。第一金属电极220、第二金属电极230上还分别连有第一焊盘电极250和第二焊盘电极260。
具体来说，第一金属电极220和第二金属电极230的材料为铬、铝、铂、镍、钛、钯等金属的任意一种，或任意几种金属的组合。优选地，第一金属电极220和第二金属电极230的材料为铝。第一焊盘电极250、第二焊盘电极260的材料与第一金属电极220和第二金属电极230的材料相同或者不同。
在一种实施方式中，参见图1～图7，第二金属电极230与第二导电型半导体层203之间设有电流扩展层210。电流扩展层210的材料一般选择具有透明性质的导电材料，包括金、镍等薄金属或选自锌、铟、锡等金属的氧化物。具体地，电流扩展层210为氧化铟锡。
在一种实施方式中，参见图1～图3、图5～图6，上述UVC-LED倒装芯片还包括反射层270，反射层270可设置在第二导电型半导体层203的表面上方、暴露第一导电类型半导体层201的台面周围的侧壁，且延伸至半导体发光堆叠层200的侧壁及凹陷区，将由半导体发光堆叠层200侧壁发出的光线和由衬底100侧壁发出的光线反射，使其从UVC-LED倒装芯片的正向发出。在本实施方式中，反射层270作为反射结构，反射层270包括金属层或绝缘层。反射层270为连续层，或间断层(图6)。
具体来说，反射层270包括位于半导体发光堆叠层200侧壁的第一反射层和位于衬底100凹陷区的第二反射层，第一反射层的材料和第二反射层的材料相同，或不相同。当反射层270为连续层时，第二反射层可以为第一反射层的延伸结构，两者一体设置，且材料相同；第二反射层可以为独立于第一反射层的结构，两者材料不相同。当反射层270为间断层时，第一反射层的材料和第二反射层的材料相同，或不相同。
在一种实施方式中，参见图1～图2，反射层270为金属层，反射层270包括铝层，这是由于铝在发光波段200nm～280nm具有较高的反射率，其反射率高达80％。反射层270与半导体发光堆叠层200的侧壁之间设有用于将反射层270与半导体发光堆叠层200之间绝缘的绝缘层240，绝缘层240包括分布布拉格反射镜(DBR)。反射层270与绝缘层240之间设有粘附层，粘附层为铬层，增大反射层270与绝缘层240之间的粘附性。反射层270与至少一个焊盘电极连接(图2)，例如，反射层270与第二焊盘电极260连接。作为可替换的实施方式，反射层270与任意一个焊盘电极均呈一定间距，反射层270与第一焊盘电极250、第二焊盘电极260均不接触(图1)。
在一种实施方式中，参见图3，反射层270为绝缘层，绝缘层包括分布布拉格反射镜(DBR)，DBR反射率可达80％以上。通过改变DBR内材料的成分或厚度来调整DBR对发光波段处于200nm～280nm的紫外光的反射率，形成在处于200nm～280nm的发光波段对紫外光具有高反射率的反射层，减少了传统的金属层对紫外光的吸收，提高UVC-LED倒装芯片对紫外光的萃取率，即提高了UVC-LED倒装芯片的亮度。
在一种实施方式中，参见图4和图7，焊盘电极可作为反射结构，焊盘电极为第一焊盘电极250和第二焊盘电极260。第一焊盘电极250和第二焊盘电极260延伸至半导体外延层200的侧壁及衬底100上的凹陷区，将由半导体发光堆叠层200侧壁发出的光线和由衬底100侧壁发出的光线反射，使其从UVC-LED倒装芯片的正向发出。第一焊盘电极250和第二焊盘电极260包括铝层，这是由于铝在200nm～280nm的发光波段具有较高的反射率，其反射率高达80％。第一焊盘电极250和第二焊盘电极260为连续层(图4)，或间断层(图7)。
具体来说，焊盘电极包括位于半导体发光堆叠层200侧壁的第一反射壁和位于衬底100凹陷区的第二反射壁，第一反射壁的材料和第二反射壁的材料相同，或不相同。当焊盘电极为连续层时，第二反射壁可以为第一反射壁的延伸结构，两者一体设置，且材料相同；第二反射壁可以为独立于第一反射壁的连续结构，两者材料不相同。当焊盘电极为间断层时，第一反射壁的材料和第二反射壁的材料相同，或不相同。
具体来说，采用第一焊盘电极250和第二焊盘电极260作为反射结构时，不需另外单独设置反射层，由于第一焊盘电极250和第二焊盘电极260为金属层，因此，需在第一焊盘电极250、第二焊盘电极260与半导体发光堆叠层200之间设置绝缘层240，以绝缘第一焊盘电极250、第二焊盘电极260和半导体发光堆叠层200。绝缘层240为单层的透明材料层。
本申请中的衬底100设有自衬底100的第一表面延伸至衬底100侧壁的凹陷区此凹陷区相当于减小了衬底100的厚度，增大了衬底100的反射区域；反射结构由半导体发光堆叠层200的侧壁延伸至衬底100的凹陷区，具有对由半导体发光堆叠层200侧壁发出的光线反射的第一反射壁和对由衬底100侧壁发出的光线反射的第二反射壁，保证了半导体发光堆叠层200由半导体发光堆叠层200侧壁、衬底100侧壁出射的光均经反射结构反射，减小半导体发光堆叠层200侧壁和衬底100侧壁出光；进一步增强UVC-LED倒装芯片的正向出光，缩小该UVC-LED倒装芯片的出光角度，提高UVC-LED倒装芯片的出光效率，改善UVC-LED倒装芯片的杀菌效果，缩短杀菌时间。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。
Claims (13)
1.一种UVC-LED倒装芯片，其特征在于，包括：
衬底，包括相对的第一表面和第二表面，以及连接所述第一表面和第二表面的侧壁；
半导体发光堆叠层，设置在所述衬底的第一表面上；
反射结构，设置在所述半导体发光堆叠层的侧壁外围并延伸至所述衬底的侧壁外围；所述反射结构配置有可对由所述半导体发光堆叠层侧壁发出的光线进行反射的第一反射壁；以及对由所述衬底侧壁发出的光线进行反射的第二反射壁。
2.根据权利要求1所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述第一反射壁与所述第二反射壁一体设置。
3.根据权利要求1所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述第一反射壁与所述第二反射壁错位设置。
4.根据权利要求1所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述第二反射壁自所述衬底的第一表面延伸至所述衬底的侧壁，且所述第二反射壁在所述衬底厚度方向上覆盖住所述衬底侧壁的深度至少为所述衬底厚度的四分之三，并且小于所述衬底厚度。
5.根据权利要求1所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述衬底的侧壁设有具有台面的台阶结构；或者，所述衬底的侧壁设有倾斜区域。
6.根据权利要求5所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述第二反射壁自所述衬底的第一表面覆盖至所述衬底侧壁的所述台阶结构，或所述倾斜区域。
7.根据权利要求1～6任一项所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述衬底的厚度至少为200μm。
8.根据权利要求7所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述反射结构为反射层，所述反射层为金属层。
9.根据权利要求8所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述反射层与所述半导体发光堆叠层之间设有绝缘层。
10.根据权利要求9所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述反射层与所述绝缘层之间设有粘附层。
11.根据权利要求7所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述反射结构为反射层，所述反射层为绝缘层。
12.根据权利要求11所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，所述绝缘层包括分布布拉格反射镜(DBR)。
13.根据权利要求7所述的UVC-LED倒装芯片，其特征在于，还包括焊盘电极，所述焊盘电极延伸至所述半导体发光堆叠层的侧壁外围并延伸至所述衬底的侧壁外围形成所述反射结构。
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