[发明专利]一种提高出光效率的深紫外LED

说明书

本专利公开了一种提高出光效率的深紫外LED，包括依次层叠设置的增透层、蓝宝石衬底、N型半导体层、发光层和P型半导体层；蓝宝石衬底远离N型半导体层一侧表面刻蚀成核区图案，沉积增透层，然后采用激光退火工艺，使增透层达到熔融状态，并基于成核区图案自组装形成若干半球状或半椭球状的凝聚体。本发明通过薄膜材料的自组装半球形，无需纳米压印、光刻、等离子体刻蚀等复杂图形化工艺流程，可以大幅提高深紫外LED的背面出光效率。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是一种提高出光效率的深紫外LED。

背景技术

目前,大功率高亮度蓝光LED已成为LED行业发展的重点，广泛应用于室内外照明。蓝光LED采用GaN体系，可以实现衬底剥离。紫外LED由于采用AlN结构，无法实现衬底剥离，目前市场上多数产品采用倒装结构。这样有源区发出的光线经透明的蓝宝石衬底取出。

半导体深紫外光源在照明、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材料为发光区的深紫外LED的发光波长能够覆盖230～365nm的紫外波段，是实现该波段深紫外LED器件产品的理想材料，具有其它传统紫外光源所无法比拟的优势。目前深紫外LED最大的瓶颈是光电转换效率。商用蓝光LED的光电转换效率可以到70％左右，而商用紫外LED的光电转换效率只有4％不到。从内量子效率，蓝光LED的内量子效率达到95％以上，紫外LED的内量子效率可以达到70％。因此决定紫外LED的最大因素是出光效率，即如何将材料内的光提取出来成为行业研究的重点。

对于蓝宝石，在紫外波段，折射率为2.5。根据折射率公式，当光线从折射率为n1的材料进入折射率为n2的材料时，光发生折射，折射光满足n1Sin(θ1)＝n2Sin(θ2)。当n1n2，即光密介质到光疏介质时，当θ1大于以下角度时，Sin(θ1)＝n2/n1，光发生全反射，此时的角度成为全反射角。对于紫外光来说，光线从蓝宝石进入空气，全反射角为24°，即入射角大于24°时，光线将被全反射。假设从有源区发射的光是各向同性，理论上只有8.6％的光位于该入射角内。当芯片尺寸越大时，能逃逸的光占比越小。对20mil*20mil的芯片，入射到正面的光只有44.6％能逸出；当芯片面积扩大到45mil*45mil时，入射到正面的光只有20％能逸出，即随着芯片面积的增大，光能从正面逃逸出来的比例会越来越少。因此大尺寸芯片更迫切需要增加光萃取，这就需要提出一种新的深紫外LED设计方式用于解决现有技术中所存在的不足。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高出光效率的深紫外LED，用于解决现有技术中深紫外LED出光效果不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高出光效率的深紫外LED，包括依次层叠设置的增透层、蓝宝石衬底、N型半导体层、发光层和P型半导体层；蓝宝石衬底远离N型半导体层一侧表面设有成核区图案，成核区图案由若干十字形凹槽阵列排布而成，增透层由若干半球状或半椭球状的凝聚体阵列排布而成，每一凝聚体均对应填充于一十字形凹槽中。

其中，蓝宝石衬底远离N型半导体层一侧表面刻蚀成核区图案，沉积增透层，然后采用激光退火工艺，使增透层达到熔融状态，并基于成核区图案自组装形成若干凝聚体；增透层中若干凝聚体的投影面积之和与蓝宝石衬底的面积之比大于20％。

优选的，凝聚体为氧化镓、氧化硅、氧化硼中任意一种材料。

优选的，成核区图案中若干十字形凹槽以三角形周期阵列形式排布，相邻十字形凹槽之间的中心间距为200～500μm。

优选的，成核区图案中每一十字形凹槽均由第一凹槽部和第二凹槽部组成，且第一凹槽部和第二凹槽部垂直相交；第一凹槽部和第二凹槽部的长度为200～500μm。

具体地，当第一凹槽部的长度等于第二凹槽部的长度时，凝聚体为半球状结构。

具体地，当第一凹槽部的长度大于第二凹槽部的长度时，凝聚体为半椭球状结构。