一种紫外LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种紫外LED芯片，由上至下依次为混合滤波片、衬底、缓冲层、n型半导体层、MQW有源层、p型半导体层、透明电流层、紫外DBR层以及金属对称电极；所述混合滤波片是由两个中心波长不同的带通滤波片组成，所述带通滤波片是由TiO2、SiO2交替叠加，周期性排列组成的多层膜；所述紫外DBR层的材料是由SiO2、Ta2O5组成；所述金属对称电极为p型电极和n型电极，所述金属对称电极由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au组成。本发明专利技术解决了目前紫外LED芯片中，ITO薄膜对紫外光有强吸收、紫外光的萃取效率低下以及荧光粉的利用效率不高的问题。

A Ultraviolet LED Chip and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种紫外LED芯片及其制备方法
本专利技术属于半导体材料与半导体光电器件
，主要涉及一种紫外LED芯片及其制备方法。
技术介绍
随着上世纪九十年代，第一个蓝光LED的诞生，发光二极管(Lightemittingdiode,LED)技术有了飞速的发展，使LED芯片广泛应用于照明、指示、显示和背光源等各类场合中，尤其是蓝光芯片的面世，使得制造一种大功率、低能耗、寿命长的白光照明光源成为现实。目前LED芯片实现白光输出主要有三种方式：第一种，通过红绿蓝三种颜色的芯片组合实现白光输出；第二种，通过蓝光芯片涂覆黄光YAG荧光粉实现白光输出；第三种，通过紫外芯片涂覆红绿蓝三色荧光粉实现白光输出。第一种实现方式，由于三种芯片的工作电压不一，容易导致芯片温度不一影响芯片的寿命以及色彩的一致性。第二种实现方式，通过蓝光激发黄光荧光粉，由于激发谱中缺乏红色波段的光，导致白光显色指数偏低和色温偏高。第三种实现方式，通过紫外LED激发红绿蓝三色荧光粉，因为激发谱中存在色光的三原色，所以可以通过合理调节配比实现高质量的白光。因此，紫外LED加荧光粉制备而成的白光LED，逐步成为固态照明的重要来源。但目前常用的通过紫外芯片激发红绿蓝三色荧光粉制备而成的白光LED，由于对紫外光和荧光粉激发光的萃取效率不高，降低了白光的输出功率、流明效率以及影响了白光的品质。专利申请号201711260896.7公开了一种提高荧光利用率的LED芯片，包括：安装在封装基板上的LED发光单元、附着于LED发光单元出光面上方的荧光反射薄膜和覆盖在荧光反射薄膜表面的荧光粉；所述荧光反射薄膜是由两种折射率不同的透明材料交替叠加、周期性排列组成的多层膜；所述两种透明材料，高折射率材料和低折射率材料的折射率之比大于1.2并小于2；所述荧光反射薄膜对LED发光单元发出的光有高透过率和低反射率，对荧光粉发出的光有低透过率和高反射率。专利申请号201711178161.X公开了一种具有高反射率的宽谱反射镜的倒装蓝光芯片，所述芯片包括在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、MQW有源层以及P型半导体层，形成外延层；所述芯片去除部分MQW有源层、P型半导体层，露出部分N型半导体层；所述P型半导体层包括透明电流层与宽谱DBR层，其中，所述透明电流层覆盖所述P型半导体层，所述宽谱DBR层覆盖所述透明电流层、所述P型半导体层、所述MQW有源层以及所述N型半导体层。上述技术方案都没有完全解决ITO薄膜对紫外光有强吸收的问题，以及紫外光的萃取效率低下和荧光粉的利用效率不高的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术的缺陷，提供一种紫外LED芯片，以解决现有技术制备的紫外芯片存在的三个不足：一是目前一般的ITO薄膜，由于其光学带隙仅有3.72eV，因此在紫外光UVA波段存在强吸收的问题，降低紫外光的透射率(UVA区域的透过率低于85％)；其余两个不足则是紫外光的萃取效率低下以及荧光粉的利用效率不高。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种紫外LED芯片，由上至下依次为混合滤波片、衬底、缓冲层、n型半导体层、MQW有源层、p型半导体层、透明电流层、紫外DBR层以及金属对称电极；所述混合滤波片是由两个中心波长不同的带通滤波片组成，所述带通滤波片是由TiO2、SiO2交替叠加，周期性排列组成的多层膜；所述衬底是抛光或粗化的蓝宝石；所述缓冲层是AlGaN；所述n型半导体层是掺硅的AlGaN；所述MQW有源层是多个周期的AlGaInN/AlGaN；所述p型半导体层依次为掺镁的AlGaN层和掺镁的GaN层；所述透明电流层是ITO薄膜；所述紫外DBR层的材料是由SiO2、Ta2O5组成；所述金属对称电极为p型电极和n型电极，所述金属对称电极由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au组成；所述紫外DBR层包括第一通孔与第二通孔，以及深度达到衬底的侧壁保护沟道，露出部分透明电流层和n型半导体层；所述第一通孔包括与透明电流层接触的p型电极，所述第二通孔包括与n型半导体层接触的n型电极。本专利技术一方面通过利用MOCVD设备进行薄膜生长时，合理调节通入生长原料时的Ⅵ/Ⅲ比以及掺Sn的流量，并利用Burstein-Moss效应，使到ITO材料的导带底有更多的占据态，从而实现本专利技术中所采用的ITO薄膜的光学带隙从3.72eV扩展到4.7eV，因此紫外光的吸收边带直接延展到紫外UVB波段，大大提高UVA波段的整体透射率(平均透过率大于94％)；另一方面通过优化LED芯片的出光结构，增加UV-DBR，可以提高紫外光的萃取效率，增加混合滤波片则可以提高荧光粉激发光的反射率，从而促使白光光效的提升。优选地，所述混合滤波片是由两个中心波长分别为510nm和600nm的带通滤波片组成。优选地，所述带通滤波片叠加周期的形式为(0.5LH0.5L)12，其中L、H分别表示SiO2、TiO2，12表示叠加了12个周期。优选地，所述ITO薄膜在紫外UVA波段的平均透过率大于94％，通过调节通入生长原料时的Ⅵ/Ⅲ比以及掺Sn的流量获得。优选地，所述缓冲层厚度为2-3um，n型半导体层厚度为2um，MQW有源层厚度为250nm，p型半导体层厚度为100nm、透明电流层厚度为80-120nm。所述紫外LED芯片的制备方法，包括如下步骤:S1.在蓝宝石衬底上用MOCVD或MBE外延技术生长AlGaN缓冲层；S2.在AlGaN缓冲层上用MOCVD或MBE外延技术生长掺杂Si的n型AlGaN；S3.在n型AlGaN上利用外延生长技术制备具有多个周期的AlGaInN/AlGaN多量子阱有源层；S4.在多量子阱有源层上利用外延生长技术依次制备掺杂Mg的p型AlGaN和掺杂Mg的p型GaN；S5.在p型GaN上利用MOCVD或者溅射技术制备透明电流层；S6.通过mesa定义台阶图案，利用感应耦合等离子体刻蚀设备刻蚀出到达n型AlGaN的n沟道图案，以及深度达到蓝宝石衬底的侧壁保护沟道；S7.通过电子束蒸发设备在透明电流层和n型AlGaN上分别制备p-contact电极和n-contact电极；所述电极组合采用Cr/Al/Ti/Pt/Au；S8.通过电子束蒸镀在侧壁以及电极上制备出由SiO2、Ta2O5组成的多周期紫外DBR层；S9.通过Ni金属掩膜定义电极刻蚀图案，利用感应耦合等离子体刻蚀设备在紫外DBR层分别刻蚀出到达p-contact电极和n-contact电极的沟道；S10.通过电子束蒸镀以及化学电镀的方式制备p-电极和n-电极；S11.通过减薄抛光仪减薄抛光蓝宝石衬底，之后利用电子束蒸镀在蓝宝石衬底上制备混合滤波片结构。优选地，所述紫外DBR层由SiO2和Ta2O5交替叠加6-8周期排列组成，中心波长为365nm。优选地，所述紫外DBR层总厚度为590nm-790nm。优选地，S11所述蓝宝石衬底减薄抛光到150-200um，所述混合滤波片由SiO2、TiO2组成，总厚度为3.7um。优选地，S10中，通过电子束蒸镀制备组合电极Cr/Al/Ti/Pt/Au，以及通过化学电镀的方式加厚金层以形成最终的p-电极和n-电极。本专利技术的有益效果：带有混合滤波片的LED芯片可以有效反射荧光波段的光，同时对LED芯片发射波段的光具有高透过性。这样的设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外LED芯片，其特征在于，由上至下依次为混合滤波片、衬底、缓冲层、n型半导体层、MQW有源层、p型半导体层、透明电流层、紫外DBR层以及金属对称电极；所述混合滤波片是由两个中心波长不同的带通滤波片组成，所述带通滤波片是由TiO2、SiO2交替叠加，周期性排列组成的多层膜；所述衬底是抛光或粗化的蓝宝石；所述缓冲层是AlGaN；所述n型半导体层是掺硅的AlGaN；所述MQW有源层是多个周期的AlGaInN/AlGaN；所述p型半导体层依次为掺镁的AlGaN层和掺镁的GaN层；所述透明电流层是ITO薄膜；所述紫外DBR层的材料是由SiO2、Ta2O5组成；所述金属对称电极为p型电极和n型电极，所述金属对称电极由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au组成；所述紫外DBR层包括第一通孔与第二通孔，以及深度达到衬底的侧壁保护沟道，露出部分透明电流层和n型半导体层；所述第一通孔包括与透明电流层接触的p型电极，所述第二通孔包括与n型半导体层接触的n型电极。

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED芯片，其特征在于，由上至下依次为混合滤波片、衬底、缓冲层、n型半导体层、MQW有源层、p型半导体层、透明电流层、紫外DBR层以及金属对称电极；所述混合滤波片是由两个中心波长不同的带通滤波片组成，所述带通滤波片是由TiO2、SiO2交替叠加，周期性排列组成的多层膜；所述衬底是抛光或粗化的蓝宝石；所述缓冲层是AlGaN；所述n型半导体层是掺硅的AlGaN；所述MQW有源层是多个周期的AlGaInN/AlGaN；所述p型半导体层依次为掺镁的AlGaN层和掺镁的GaN层；所述透明电流层是ITO薄膜；所述紫外DBR层的材料是由SiO2、Ta2O5组成；所述金属对称电极为p型电极和n型电极，所述金属对称电极由Cr、Al、Ni、Ti、Pt、Au组成；所述紫外DBR层包括第一通孔与第二通孔，以及深度达到衬底的侧壁保护沟道，露出部分透明电流层和n型半导体层；所述第一通孔包括与透明电流层接触的p型电极，所述第二通孔包括与n型半导体层接触的n型电极。2.根据权利要求1所述紫外LED芯片，其特征在于，所述混合滤波片是由两个中心波长分别为510nm和600nm的带通滤波片组成。3.根据权利要求1或2所述紫外LED芯片，其特征在于，所述带通滤波片叠加周期的形式为(0.5LH0.5L)12，其中L、H分别表示SiO2、TiO2，12表示叠加了12个周期。4.根据权利要求1所述紫外LED芯片，其特征在于，所述ITO薄膜在紫外UVA波段的平均透过率大于94％，通过调节通入生长原料时的Ⅵ/Ⅲ比以及掺Sn的流量获得。5.根据权利要求1所述紫外LED芯片，其特征在于，所述缓冲层厚度为2-3um，n型半导体层厚度为2um，MQW有源层厚度为250nm，p型半导体层厚度为100nm、透明电流层厚度为80-120nm。6.权利要求1-5任一所述紫外LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:S1.在蓝宝石衬底上用MOCVD或MBE外延技术生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，陈伟驱，练海啸，陈梓敏，马学进，
申请(专利权)人：中山大学，广州和光同盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44