一种紫外LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种紫外led芯片及其制作方法。

背景技术：

紫外led已广泛应用在日常生活中，其中包括健康照明、消毒杀菌、快速印刷、美甲、植物照明等。

随著应用的广泛增加，对于亮度部分的需求，也急遽上升。但是受限于紫光材料的限制，要能有效的提升亮度，变成一个重要的课题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紫外led芯片及其制作方法，有效提高芯片的亮度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、开口层、第二半导体层，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述开口层设置在有源层上，所述开口层设置在有源层上，所述第二半导体层设置在开口层上；

所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间；

所述第二半导体层设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层刻蚀至开口层，所述孔洞内填充有反射材料，所述反射材料形成反射层；

所述开口层与反射层形成不规则导光柱，以减少了第二半导体层对紫光的全反射，提高芯片的出光效率。

作为上述方案的改进，x＝0.1～0.5，y＝0.1～0.3。

作为上述方案的改进，x＝0.1～0.3，y＝0.1～0.2。

作为上述方案的改进，所述inxga(1-x)n层的厚度为20～60nm，所述alyga1-yn层的厚度为10～50nm，所述gan层的厚度为100～300nm。

作为上述方案的改进，所述孔洞的深度为200～500nm。

作为上述方案的改进，所述反射层材料为银或/和铝。

相应地，本发明还提供了一种紫外led芯片的制作方法，包括：

在衬底上依次形成第一半导体层、有源层、开口层和第二半导体层；

对第二半导体层进行刻蚀，刻蚀至开口层形成孔洞；

在孔洞内填充反射材料，形成反射层；

所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间；

所述开口层与反射层形成不规则导光柱，以减少了第二半导体层对紫光的全反射，提高芯片的出光效率。

作为上述方案的改进，所述开口层的制备方法如下：

通入tein气体与tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为700～900℃、压力为100～300torr的条件下，形成inxga(1-x)n层；

通入teal气体与tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为800～1050℃、压力为100～300torr的条件下，形成alyga1-yn层；

通入tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为800～1000℃、压力为100～300torr的条件下，形成gan层。

作为上述方案的改进，tein气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.7)，teal气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.7)。

作为上述方案的改进，在形成完反射层后，对芯片进行退火处理，退火温度为450～600℃，退火时间为20～60min。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明提供的一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、开口层、第二半导体层，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述开口层设置在有源层上，所述开口层设置在有源层上，所述第二半导体层设置在开口层上；所述第二半导体层设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层刻蚀至开口层，所述孔洞内填充有反射材料，所述反射材料形成反射层；本发明通过开口层与反射层形成不规则导光柱，以减少了第二半导体层对紫光的全反射，提高芯片的出光效率。

附图说明

图1是本发明紫外led芯片的结构示意图；

图2是本发明的出光示意图；

图3是本发明开口层的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，本发明提供的一种紫外led芯片，包括衬底10、第一半导体层20、有源层30、开口层40、第二半导体层50，所述第一半导体层20设置在衬底10上，所述有源层30设置在第一半导体层20上，所述开口层40设置在有源层30上，所述开口层40设置在有源层30上，所述第二半导体层50设置在开口层40上。

所述第二半导体层50设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层50刻蚀至开口层40，所述孔洞内填充有反射材料，所述反射材料形成反射层60。

本发明的开口层40与反射层60形成不规则导光柱，以减少了第二半导体层50对紫光的全反射，从而提高芯片的出光效率。

具体的，参见图2，有源层发出的光经过开口层与反射层后，减少了第二半导体层对紫光的全反射，使得更多的光线从芯片的正面出射，从而提高芯片的出光效率。

参见图3，所述开口层40包括inxga(1-x)n层41、alyga1-yn层42和gan层43，所述inxga(1-x)n层41设置在有源层30上，所述alyga1-yn层42设置在inxga(1-x)n层41和gan层43之间。

需要说明的是，inxga(1-x)n层in的含量以及alyga1-yn层中al的含量，均对外延层的晶体结构起着重要的影响。若in的含量太高，则增加inxga(1-x)n层的吸光量，降低芯片的出光效率；若in的含量太低，则开口层与反射层的导光效果不明显。

本发明的alyga1-yn层用于增加开口层和反射层的晶格差异，若al的含量太高或太低，均影响外延层的晶体质量，降低芯片的发光效率。

优选的，x＝0.1～0.5，y＝0.1～0.3。

更优的，x＝0.1～0.3，y＝0.1～0.2。

需要说明的是，本发明开口层每一层的厚度均对芯片的出光效率起着重要的作用。若inxga(1-x)n层的厚度太厚，则增加inxga(1-x)n层的吸光量，降低芯片的出光效率；若inxga(1-x)n层的厚度太薄，则孔洞深度太浅，反射层和开口层难以形成导光柱。

优选的，所述inxga(1-x)n层的厚度为20～60nm，所述alyga1-yn层的厚度为10～50nm，所述gan层的厚度为100～300nm。

为了进一步减少紫光从gan出光的全反射，所述孔洞刻蚀至开口层的gan层。由于gan晶体本身会形成六角形孔洞，因此本发明的孔洞最终为六角形。

优选的，所述孔洞的深度为200～500nm。

需要说明的是，本发明的反射层材料为银或/和铝。若芯片发出的光为紫光，则反射材料为银即可；若芯片发出的光为紫光偏蓝，则反射材料优选为银和铝。

本发明的紫外led芯片还包括设置在第二半导体层50上的透明导电层70、第一电极81和第二电极82。本发明的紫外led芯片可以为正装结构、倒装结构或垂直结构，本发明不作具体限定。

相应地，本发明还提供了一种紫外led芯片的制作方法，包括：

一、在衬底上依次形成第一半导体层、有源层、开口层和第二半导体层；

具体的，采用mocvd工艺在衬底上形成第一半导体层、有源层、开口层和第二半导体层。

本发明第一半导体层、有源层和第二半导体层的材料为氮化镓材料，采用现有的工艺形成。

具体的，所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间。

需要说明的是，inxga(1-x)n层in的含量以及alyga1-yn层中al的含量，均对外延层的晶体结构起着重要的影响。若in的含量太高，则增加inxga(1-x)n层的吸光量，降低芯片的出光效率；若in的含量太低，则开口层与反射层的导光效果不明显。

本发明的alyga1-yn层用于增加开口层和反射层的晶格差异，若al的含量太高或太低，均影响外延层的晶体质量，降低芯片的发光效率。

优选的，x＝0.1～0.5，y＝0.1～0.3。

更优的，x＝0.1～0.3，y＝0.1～0.2。

需要说明的是，本发明开口层每一层的厚度均对芯片的出光效率起着重要的作用。若inxga(1-x)n层的厚度太厚，则增加inxga(1-x)n层的吸光量，降低芯片的出光效率；若inxga(1-x)n层的厚度太薄，则孔洞深度太浅，反射层和开口层难以形成导光柱。

优选的，所述inxga(1-x)n层的厚度为20～60nm，所述alyga1-yn层的厚度为10～50nm，所述gan层的厚度为100～300nm。

本发明开口层的制备方法如下：

通入tein气体与tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为700～900℃、压力为100～300torr的条件下，形成inxga(1-x)n层；

通入teal气体与tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为800～1050℃、压力为100～300torr的条件下，形成alyga1-yn层；

通入tega气体，通入量共为40～60sccm，在温度为800～1000℃、压力为100～300torr的条件下，形成gan层。

优选的，tein气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.7)，teal气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.7)。

更优的，tein气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.5)，teal气体与tega气体的通入量比为1：(0.4～0.5)。

二、对第二半导体层进行刻蚀，刻蚀至开口层形成孔洞；

为了进一步减少紫光从gan出光的全反射，所述孔洞刻蚀至开口层的gan层。由于gan晶体本身会形成六角形孔洞，因此本发明的孔洞最终为六角形。

优选的，所述孔洞的深度为200～500nm。

三、在孔洞内填充反射材料，形成反射层；

本发明采用蒸镀或溅射的方法在孔洞内填充反射材料，以形成反射层。

需要说明的是，本发明的开口层与反射层形成不规则导光柱，以减少了第二半导体层对紫光的全反射，提高芯片的出光效率。

本发明的反射层材料为银或/和铝。

若芯片发出的光为紫光，则反射材料为银即可；若芯片发出的光为紫光偏蓝，则反射材料优选为银和铝。

为了稳固渗入孔洞的反射材料，让其与第二半导体层和开口层形成良好的接触，减少之间的应力，在形成完反射层后，对芯片进行退火处理，退火温度为450～600℃，退火时间为20～60min。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、开口层、第二半导体层、透明导电层、第一电极和第二电极，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述开口层设置在有源层上，所述开口层设置在有源层上，所述第二半导体层设置在开口层上，所述透明导电层设置在第二半导体层上；

所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间，x＝0.1，y＝0.2，所述inxga(1-x)n层的厚度为40nm，所述alyga1-yn层的厚度为30nm，所述gan层的厚度为200nm；

所述第二半导体层设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层刻蚀至开口层，所述孔洞内填充有银。

实施例2

一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、开口层、第二半导体层、透明导电层、第一电极和第二电极，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述开口层设置在有源层上，所述开口层设置在有源层上，所述第二半导体层设置在开口层上，所述透明导电层设置在第二半导体层上；

所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间，x＝0.2，y＝0.1，所述inxga(1-x)n层的厚度为30nm，所述alyga1-yn层的厚度为20nm，所述gan层的厚度为150nm；

所述第二半导体层设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层刻蚀至开口层，所述孔洞内填充有银。

实施例3

一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、开口层、第二半导体层、透明导电层、第一电极和第二电极，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述开口层设置在有源层上，所述开口层设置在有源层上，所述第二半导体层设置在开口层上，所述透明导电层设置在第二半导体层上；

所述开口层包括inxga(1-x)n层、alyga1-yn层和gan层，所述inxga(1-x)n层设置在有源层上，所述alyga1-yn层设置在inxga(1-x)n层和gan层之间，x＝0.4，y＝0.3，所述inxga(1-x)n层的厚度为50nm，所述alyga1-yn层的厚度为10nm，所述gan层的厚度为250nm；

所述第二半导体层设有孔洞，所述孔洞从第二半导体层刻蚀至开口层，所述孔洞内填充有银。

对比例1

一种紫外led芯片，包括衬底、第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、第一电极和第二电极，所述第一半导体层设置在衬底上，所述有源层设置在第一半导体层上，所述第二半导体层设置在有源层上，所述透明导电层设置在第二半导体层上。

实施例1～3和对比例1的芯片尺寸相同，衬底、第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、第一电极和第二电极的结构相同。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。