一种紫外发光二极管的制作方法

本专利涉及半导体器件领域，具体来说是一种紫外发光二极管。

背景技术：

半导体紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。以algan材料为发光区的紫外led的发光波长能够覆盖210-400nm波段，是实现该波段紫外led器件的理想材料，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势。

目前紫外led最大的瓶颈是光提取率，其主要受限于三个方面：(1)注入效率，有效注入到发光区域的载流子的比例；(2)内量子效率，发光区域电子和空穴复合产生光子的比例；(3)出光效率，发光区域中产生的光子，从芯片中提取出来可利用的光子的比例。

而在紫外波段，上述三个方面的效率都比较低。就第(3)点而言，由于透明电介质层对紫外光有吸收，因此在紫外波段的出光效率较低。目前紫外波段的led大部分采用外延层增加反射层、电极底部增加反射层、倒装、封装等方法增加紫外的出光效率。

技术实现要素：

本发专利的主要目的在于提供一种有效提高紫外发光二极管出光的方法，旨在用于解决紫外led芯片出光效率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：

一种紫外发光二极管，其特征在于，所述紫外发光二极管包括：

基底，所述基底用于承载所述紫外发光二极管芯片的各层；

发光结构，所述发光结构产生紫外光，所述发光结构包括布置衬底上的第一导电型半导体层、第二导电型半导体层，以及设置在第一和第二型半导体层之间的有源层；

电极，所述电极包括第一电极和第二电极，分别设置在第一导电型半导体层、第二导电型半导体层上；

以及，

透明电介质层叠结构，所述透明电介质层叠结构设置在发光结构之上，该透明电介质层叠结构包括上下堆叠的多层渐变折射率的透明电介质层；每层电介质层的厚度为d＝λ/4n，其中，λ为紫外光在介质层中传播的波长，n为紫外光在介质层中的折射率；所述的透明电介质层叠结构由发光结构向外延伸的方向上相邻的透明电介质层之间的折射率依次递减，递减梯度小于或等于0.01。

优选地，该透明电介质层叠结构可以包括n1层透明导电介质层和n2层透明绝缘介质层，其中n1+n2＝n，n1为大于等于2的整数，n2为自然数。

优选地，层叠结构的透明电介质层的折射率范围为1.3～2.6。

优选地，所述紫外半导体n2层透明绝缘介质层，绝缘层布置在透明导电层叠结构之上且覆盖除电极之外的材料的上表面及侧壁。

优选地，所述透明电介质层的光透射率为90％以上。

优选地，形成所述透明电介质层材料的其折射率均比第二导电型半导体材料小。

优选地，n1层透明导电介质材料可以为ito、zao、tio2、石墨烯等透明材料；n2层透明绝缘层材料可以为氧化硅、氧化铝、有机聚合物等透明材料。

优选地，所述透明电介质层叠结构中的各层可以为同一材料，也可采用不同的材料。

优选地，透明电介质层叠结构中的各层交替设置。

以及

一种紫外发光二极管的制造方法，其特征在于，所述方法制造如上任一项所述的紫外发光二极管，所述方法包括：

步骤一、形成基底和发光结构；

步骤二、在所述发光结构上形成所述透明电介质层叠结构。

通过在出光面镀n(2以上的正整数)层透明电介质作为增透膜，n层增透膜的作用是将有源层的光尽可能以垂直的方式透射出去，增大led芯片的出光效率，实现高出光效率的紫外led的制备。

附图说明

图1是本专利具体实施方式中透明电介质结构原理图；

图2是本专利具体实施方式中一种紫外发光二极管芯片的结构示意图。

图3是本专利具体实施案例一中紫外发光二极管芯片的具体结构示意图。

图4是本专利具体实施案例二中紫外发光二极管芯片的具体结构示意图。

具体实施方式

本专利所描述的技术方案包括各种具体的实施例，以及在各种具体实施例上所进行的修改。在本具体实施方式中，对这些技术方案通过结合附图的方式进行示例性的阐述，以使得本专利的发明构思、技术特征、技术特征的效果等，通过对这些具体实施方式的描述变得更加明显。但是需要指出的是，本专利的保护范围显然不应当仅限于这些实施例所描述的内容，而是可以通过在本专利发明构思下的多种方式来实施。

在本具体实施方式的描述中，需要注意以下一些阅读参考，以便于能够准确理解本具体实施方式中文字所表达的含义：

首先，对于本专利的附图中，相同或者相对应的元件\要素等，将以相同的附图标记来表示。因此对于此前已经出现过的附图标记或者是元件\要素等的名称，在之后可能不会再重复解释。并且，在本具体实施方式中，可如果使用了术语“第一”、“第二”等词汇来修饰各种元件或要素，那么在非特指的情况下“第一”、“第二”并不代表着顺序，而是仅仅区分这些元件或要素彼此不同而已。此外，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个”、“一”和“该/所述”也不仅仅指代单数还指代复数形式。

更进一步地，包含或包括，应当理解为开放式的描述，其并不排斥在已经描述的组件的基础上还存在其它的组件；而且，当层、区域或组件被称为“形成在”、“设置在”另一层、区域或组件“上”时，该层、区域或组件可以直接地或间接地形成在所述另一层、区域或组件上，与之相似的，当使用相连、连接等类似术语来表述两个元件之间的关系时，在没有特别限定的情况下，既可以是直接相连也可以是间接相连。术语“和/或”连接的两个要素之间可以是和的关系，也可以是或的关系。

另外，为了说明本专利的技术方案，本专利的附图中所描述的要素的尺寸并不代表实际要素的尺寸比例关系，在本专利中出于便于表达的考虑会被放大或者缩小。

实施例一

本具体实施方式提供了一种紫外发光二极管，在本具体实施方式中，所述紫外发光二极管的结构如图3所示，当然需要指出的是，该结构只是一种典型的或者示例性的结构，在本专利的发明构思下，本专利可以根据实际需要对于图4所示的结构进行各种变形。所述紫外发光二极管包括：

基底10

所述基底用于承载所述紫外发光二极管芯片的各层，优选的，所述基底10可采用蓝宝石，还可采用硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓等衬底；衬底上可以具有不同图案，或是无图案。

发光结构

所述发光结构产生紫外光，所述发光结构包括布置衬底上的第一导电型半导体层20、第二导电型半导体层40，以及设置在第一和第二型半导体层之间的有源层30；一般来讲，第一导电型半导体层为n型半导体，第二导电型半导体层为p型半导体；有源层30可以由氮化镓及其掺杂的半导体材料构成。如铝、镁、硅、铟等金属掺杂氮化镓材料。其中，有源层30由可以发射期望光波长的元件构成。除此之外，所述发光结构还可以采用现有技术中的其它结构，并且关于发光结构如何发送紫外光线，在现有技术中已经广泛记载，因此本具体实施方式中不再详细展开。这些半导体材料可以通过金属有机化学气相沉积(mocvd)和分子束外延(mbe)形成，其中，第一导电性半导体20和第一导电性半导体40可以通过光刻和刻蚀被图案化。

透明电介质层叠结构500

本实施例中所述透明电介质层叠结构500设置在发光结构之上，该层叠结构由五层渐变折射率的介质层组成。具体而言该透明电介质叠结构由四层透明导电介质层和一层透明绝缘介质层组成。

首先在发光结构上沉积一层导电透明电介质层51，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为2.32～2.54的透明电介质层，该电介质层的材料可以为低密或是高密的ito等材料。

其次在51层上依次沉积透明导电介质层52～54，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率分别为52层约为2.18～2.32，53层约为2.04～2.18，54层约为1.90～2.04，该电介质层的材料可以为低密或是高密的ito等材料。

最后在54层上又沉积一层半导体层55，该透明介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为1.3～1.6的透明电介质层，该电介质层的材料可以为氧化硅或是氧掺杂的氟化镁等材料。

在本实施例中优选地，采用四层透明导电介质层，便于电子传输与光透过。采用一层55层氧化硅作为透明绝缘介质层，则是在保证优良的透过条件下，保护层叠结构。

具体而言该透明电介质叠结构51～55层可以采用物理或是化学的方法刻蚀图案。

其中透明电介质叠结构51～54层的图案，可以为除第一电极601面积外的第二导电型半导体层40的图案相当。

其中55层透明绝缘层覆盖除第一电极601和第二电极602之外的第一导电型半导体层20、第二导电型半导体层40、以及第一导电型半导体层20和第二导电型半导体层40侧壁结构。

在本实施例中优选地，采用五层透明导电介质层，便于电子传输与光透过。采用一层氧化硅作为透明绝缘层，则是在保证优良的透过条件下，保护层叠结构。

透明电介质层叠结构500位于第二导电型半导体层40之上，焊盘电极601周围。

这种层叠结构可以使紫外光近视直射的方式将光透射出去，能有效的减少光子在介质中的传播，提高led的透过率。在优选的技术方案中，该层叠结构对于有源层产生的光的透射率接近98％以上，提升led的出光效率。

电极

所述电极包括第一电极601和第二电极602分别设置在第一导电型半导体层20、第二导电型半导体层40之上；所述第一电极601和第二电极602可以选择同一金属体系cr、al、ti、au，也可采用不同金属体系ni、au和ti、al、ti、au等金属体系。

在本实施例中优选地，所述第一电极601穿过所述透明电介质层叠结构500设置，这样避免电子拥堵的现象出现，便于电子传输。

实施例二

本具体实施方式提供了一种紫外发光二极管，在本具体实施方式中，所述紫外发光二极管的结构如图4所示，当然需要指出的是，该结构只是一种示例性的结构，在本专利的发明构思下，本专利可以根据实际需要对于图4所示的结构进行各种变形。所述紫外发光二极管包括：

基底10

所述基底用于承载所述紫外发光二极管芯片的各层，优选的，所述基底10可采用蓝宝石，还可采用硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓等衬底；衬底上可以具有不同图案，或是无图案。

发光结构

所述发光结构产生紫外光，所述发光结构包括布置衬底上的第一导电型半导体层20、第二导电型半导体层40，以及设置在第一和第二型半导体层之间的有源层30；一般来讲，第一导电型半导体层为n型半导体，第二导电型半导体层为p型半导体；有源层30可以由氮化镓及其掺杂的半导体材料构成。如铝、镁、硅、铟等金属掺杂氮化镓材料。其中，有源层30由可以发射期望光波长的元件构成。除此之外，所述发光结构还可以采用现有技术中的其它结构，并且关于发光结构如何发送紫外光线，在现有技术中已经广泛记载，因此本具体实施方式中不再详细展开。这些半导体材料可以通过金属有机化学气相沉积(mocvd)和分子束外延(mbe)形成，其中，第一导电性半导体20和第一导电性半导体40可以通过光刻和刻蚀被图案化。

透明电介质层叠结构500

所述透明电介质层叠结构500设置在发光结构之上，该层叠结构由五层渐变折射率的介质层组成。

首先在发光结构上沉积一层导电透明电介质层51，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为2.24～2.45的透明电介质层，该电介质层的材料可以为低密或是高密的ito等材料。

其次在51层上又沉积一层半导体层52，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为2.03～2.24的透明电介质层，该电介质层的材料可以为氧化镁或是氧化镁/氟化镁等材料。

其次在52层上又沉积一层半导体层53，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为1.82～2.03的透明电介质层，该电介质层的材料可以为低密或是高密的ito等材料。

其次在53层上又沉积一层半导体层54，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为1.82～1.61的透明电介质层，该电介质层的材料可以为氧化镁或是氧化镁/氟化镁等材料。

最后在54层上又沉积一层半导体层55，该透明电介质层通过控制沉积速率、氧流量、掺杂比例、退火等条件，得到折射率约为1.39～1.61的透明电介质层，该电介质层的材料可以为氧化硅或是氧掺杂的氟化镁等材料。

具体而言该透明电介质叠结构51～55层可以采用物理或是化学的刻蚀方法，将透明电介质51～55层的图案刻蚀的与除去电极601面积的第二导电型半导体层40的图形相当。其中55层图形可以与51～54图形相当，也可与实例一中的图形相当。

在本实施例中优选地，采用五层透明导电介质层，便于电子传输与光透过。采用一层氧化硅作为绝缘层，则是在保证优良的透过条件下，保护层叠结构。

透明电介质层叠结构500位于第二导电型半导体层40之上，焊盘电极601周围。

这种层叠结构可以使紫外光近视直射的方式将光透射出去，能有效的减少光子在介质中的传播，提高led的透过率。在优选的技术方案中，该层叠结构对于有源层产生的光的透射率接近98％以上，提升led的出光效率。

电极

所述电极包括第一电极601和第二电极602分别设置在第一导电型半导体层20、第二导电型半导体层40之上；所述第一电极601和第二电极602可以选择同一金属体系cr、al、ti、au，也可采用不同金属体系ni、au和ti、al、ti、au等金属体系。

在本实施例中优选地，所述第一电极601穿过所述透明电介质层叠结构50设置，这样避免电子拥堵的现象出现，便于电子传输。

以上仅仅是本专利的具体实施方式而已，凡是在本专利发明构思下对本专利进行的修改替换均应当纳入到本专利的保护范围之内。