一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片的制作方法

本实用新型涉及发光二极管生产技术领域，尤其涉及一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片。

背景技术：

基于三族氮化物(III-nitride)宽禁带半导体材料的紫外发光二极管(Ultraviolet Light-Emitting Diode,UV LED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景。相比于传统紫外光源汞灯,紫外光发光二极管有着无汞环保、小巧便携、低功耗、低电压等许多优势，近年来受到越来越多的关注和重视。

AlGaN材料是制备紫外发光二极管的核心材料。AlxGa1-xN材料是宽禁带直接带隙半导体材料，通过调节三元化合物AlGaN中的Al组分，可以实现AlGaN能隙在3.4～6.2eV 之间连续变化，从而获得波长范围从210nm到365nm的紫外光。然而，现有技术制备的紫外发光二极管，尤其是深紫外发光二极管的发光效率普遍比较低，限制了紫外发光二极管的广泛应用。

造成深紫外发光二极管发光效率偏低的主要原因为其光提取效率比较低。限制深紫外发光二极管光提取效率的因素主要表现在以下两个方面：第一，p型GaN对深紫外光的强吸收，造成深紫外发光二极管的正面发出的光被大量吸收，因此深紫外发光二极管一般采用倒装结构或垂直结构；第二，深紫外光的偏振特性，即深紫外光随着Al组分的增加和波长的减小，有源层的发光由TE模偏振光向TM模偏振光转换,其中TE模和TM模偏振光的传播方向分别垂直和水平于有源层的生长平面。对于现行有源层和p型半导体层平行于外延成长衬底的发光二极管外延结构，TE模偏振光的传播方向垂直于发光二极管的正面,光容易穿透厚度不厚的n型半导体层(约3um)或p型半导体层(约0.1um),容易从发光二极管中被提取出，而TM模偏振光的传播方向水平于发光二极管的正面,光在接近有源层附近进行长路径(发光二极管尺寸约1000*1000um,传播方向水平的光一般需行进几百um才能到达发光二极管侧表面，如图1所示)的传播容易被有源层所吸收,造成光不易从发光二极管中被提取出。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，解决了现有技术中深紫外发光二极管发光效率普遍较低的问题。

(二)技术方案为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，包括n型半导体层、锥形坑准备层、有源层、p型半导体层、p型电极、反射层、键合层、n型电极、基板；其中：锥形坑准备层位于n型半导体层之上，有源层位于锥形坑准备层之上，p型半导体层位于有源层之上，n型半导体层上形成有n型电极，p型半导体层上形成有p型电极，p型电极和基板之间依序形成有反射层和键合层，所述有源层中形成六方多面结构的锥形坑，且连接所述锥形坑的平台区的投影面积与整个有源层的投影面积的比值小于30％。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述p型半导体层在远离有源层一侧的表面为具有六方多面结构的锥形坑，且连接所述锥形坑的平台区的投影面积与整个有源层的投影面积的比值小于50％。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述p型半导体层在远离有源层一侧的表面为平面。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述n型半导体层为n型 AlGaN，生长在外延衬底上，所述外延衬底材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化铝、砷化镓或氮化镓。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述锥形坑准备层为n型 AlGaN。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述p型半导体层包括p型 AlGaN电子阻挡层和p型GaN接触层。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述有源层为InAlGaN量子阱层与AlGaN量子垒层交替生长的层叠结构。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述基板为Si、陶瓷、合金基板或印刷电路板PCB。

一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，其中：所述深紫外发光二极管芯片的有源层的发光主波长小于365nm。

(三)有益效果与现有技术相比，本实用新型提供了一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，具备以下有益效果：通过在有源层中形成六方多面的锥形坑，改变有源层中TM模偏振光的出光方向，使TM模偏振光不需在接近有源层附近进行长路径传播，进而提高深紫外发光二极管的光提取效率。

附图说明

图1为传统外延结构和本实用新型的外延结构中光传播示意图。

图2为本实用新型中深紫外发光二极管外延结构剖面示意图。

图3为本实用新型实施例1中深紫外发光二极管剖面示意图。

图4为本实用新型实施例2中深紫外发光二极管剖面示意图。

图5为本实用新型实施例3中深紫外发光二极管剖面示意图。

附图标记：衬底1、n型半导体层2、锥形坑准备层3、有源层4、p型半导体层5、p 型电极6、反射层7、键合层8、n型电极9、基板10。

具体实施方式

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。

实施例1、如图2、3所示，本实施例为垂直结构的一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，包括n型半导体层2、锥形坑准备层3、有源层4、p型半导体层5、p型电极6、反射层7、键合层8、n型电极9、基板10；其中：锥形坑准备层3位于n型半导体层 2之上，有源层4位于锥形坑准备层3之上，p型半导体层5位于有源层4之上，n型半导体层2上形成有n型电极9，p型半导体层5上形成有p型电极6，p型电极6和基板10之间依序形成有反射层7和键合层8，所述有源层4与所述p型半导体层5中形成六方多面结构的锥形坑，且连接所述锥形坑的平台区的投影面积与整个有源层4的投影面积的比值小于 30％。

其中：所述n型半导体层2为n型AlGaN，生长在外延衬底1上，所述外延衬底1 材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化铝、砷化镓或氮化镓。

其中：所述p型半导体层5包括p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN接触层。

其中：所述有源层4为InAlGaN量子阱层与AlGaN量子垒层交替生长的层叠结构。

其中：所述p型半导体层5表面凸凹不平，通过金属键合的方式转移到所述基板10 上。

其中：所述基板10为Si、陶瓷、合金基板或印刷电路板PCB。

本实施例中，垂直结构的一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在衬底1上依次层叠生长n型半导体层2、锥形坑准备层3、有源层4和p型半导体层5，在本实施例中，衬底1选用蓝宝石衬底；所述n型半导体层2和锥形坑准备层3均为n型AlGaN，其中锥形坑准备层3采用低温条件下慢速生长产生一种六方多面锥形坑，随着锥形坑准备层3厚度的增加，该锥形坑缺陷逐渐长大，且可以通过调节锥形坑准备层3的厚度和来调节锥形坑的大小；然后在锥形坑的侧面分别生长5个周期AlInGaN的量子阱和AlGaN量子垒交替结构的有源层4，以及p 型半导体层5，其中p型半导体层5包括p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN接触层；

步骤二，在p型半导体层5的表面依次沉积p型电极6、反射层7和键合层8，通过金属键合工艺将上述深紫外发光二极管翻转粘合到基板10上，本实施例中基板10选用Si基板；

步骤三，采用准分子激光器从蓝宝石衬底1一侧照射，将蓝宝石衬底1剥离，然后在裸露的 n型半导体层2上沉积n型电极9，完成垂直结构紫外发光二极管芯片的制备。

实施例2、如图2、4所示，本实施例为倒装结构的一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，包括n型半导体层2、锥形坑准备层3、有源层4、p型半导体层5、p型电极6、反射层7、键合层8、n型电极9、基板10；其中：锥形坑准备层3位于n型半导体层 2之上，有源层4位于锥形坑准备层3之上，p型半导体层5位于有源层4之上，n型半导体层2上形成有n型电极9，p型半导体层5上形成有p型电极6，p型电极6和基板10之间依序形成有反射层7和键合层8，所述有源层4与所述p型半导体层5中形成六方多面结构的锥形坑，且连接所述锥形坑的平台区的投影面积与整个有源层4的投影面积的比值小于 30％。

本实施例中，倒装结构的一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一，与实施例1相同，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在衬底1上生长如图2所示的外延层；

步骤二，通过黄光光罩和干法刻蚀工艺从p型半导体5一侧向n型半导体2一侧刻蚀，使n 型半导体2部分裸露，并在裸露的n型半导体2上沉积n型电极9；

步骤三，在p型半导体5的表面依次沉积p型电极6和反射层7，然后在反射层7和n型电极9上沉积键合层8，通过金属键合工艺将上述深紫外发光二极管翻转粘合到基板10上，完成倒装结构紫外发光二极管芯片的制备。

实施例3、如图2、5所示，本实施例为垂直结构的一种提高光提取效率的深紫外发光二极管芯片，和实施例1不同的是p型半导体5在远离有源层一侧的表面为平面,其它相同。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。