本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片，特別是涉及一種深紫外光發(fā)光二極管芯片。

背景技術(shù)：

紫外光發(fā)光二極管(ultravioletlightemittingdiode，uvled)是指發(fā)光波長在紫外光區(qū)域的發(fā)光二極管，其發(fā)光波長可區(qū)分為315nm至400nm的長波長(uva)、280nm至315nm的中波長(uvb)，及280nm以下的短波長(uvc)。

短波長的紫外光發(fā)光二極管由于其波長范圍較接近x光而遠(yuǎn)離紫光，又被稱為深紫外光(deepultraviolet，duv)發(fā)光二極管，目前主要是以氮化鋁鎵(algan)作為材料。

然而，一般以氮化鋁鎵作為深紫外光發(fā)光二極管的材料，容易因鋁含量的提高而不易摻雜鎂而產(chǎn)生較高電壓的問題，也容易造成電子溢流與電洞注入效率較差等問題，進(jìn)而影響發(fā)光性能。因此，深紫外光發(fā)光二極管于發(fā)光效率或光取出效率(lightextractionefficiency，lee)上仍有大幅改進(jìn)的空間。

由上述的說明可知，進(jìn)一步開發(fā)或設(shè)計一種能有效地提升發(fā)光效率及光取出效率的深紫外光發(fā)光二極管，是為本發(fā)明研究改良的重要目標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種深紫外光發(fā)光二極管芯片。

本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片包含一個透光基板、一個發(fā)光單元、一個電極單元、一層電子阻擋層，及一層光學(xué)層。

該發(fā)光單元包括由該透光基板的一個表面依序形成的一層緩沖層、一層n型氮化鋁鎵層、一層多重量子井層，與一層p型氮化鋁鎵層；該電極單元包括一個設(shè)置于該n型氮化鋁鎵層上的第一電極，與一個設(shè)置于該p型氮化鋁鎵層上的第二電極；該電子阻擋層設(shè)置于該 多重量子井層與該p型氮化鋁鎵層間；該光學(xué)層形成于該透光基板相對于該發(fā)光單元的另一個表面，該光學(xué)層的材料是選自二氧化硅，或二氧化硅及二氧化鉿的一組合，且折射率介于1.0與該透光基板的折射率間。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該光學(xué)層具有多層折射率由鄰近該透光基板向遠(yuǎn)離該透光基板的方向遞減的光學(xué)膜，且以該每一層光學(xué)膜的二氧化硅及二氧化鉿的含量總合為100％計，該二氧化硅的含量介于50％至100％。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該電子阻擋層是以鋁含量漸變的氮化鋁鎵al(x)ga(1-x)n為材料所構(gòu)成，且x介于0.05至0.8；該鋁含量的x值以鄰近該p型氮化鋁鎵層至遠(yuǎn)離該p型氮化鋁鎵層是先由一個第一含量值遞減至一個第二含量值，再由該第二含量值遞增至一個第三含量值，且該第三含量值小于該第一含量值。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該第一含量值介于0.35至0.8，該第二含量值介于0.05至0.35，且該第三含量值介于0.35至0.6。

更佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該第一含量值、第二含量值，及第三含量值分別為0.65、0.15，及0.2。

本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片的另一種態(tài)樣包含一個發(fā)光單元、一個電極單元、一層電子阻擋層，及一層光學(xué)層。

該發(fā)光單元包括依序形成的一層緩沖層、一層n型氮化鋁鎵層、一層多重量子井層，與一層p型氮化鋁鎵層；該電極單元包括一個設(shè)置于該n型氮化鋁鎵層上的第一電極，與一個設(shè)置于該p型氮化鋁鎵層上的第二電極；該電子阻擋層設(shè)置于該多重量子井層與該p型氮化鋁鎵層間；該光學(xué)層形成于該發(fā)光單元相對于該電極單元的另一個表面，該光學(xué)層的材料是選自二氧化硅、二氧化鉿，或前述的一組合，且折射率介于1.0至2.3。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該光學(xué)層具有多層折射率由鄰近該發(fā)光單元向遠(yuǎn)離該發(fā)光單元的方向遞減的光學(xué)膜，且以該每一層光學(xué)膜的二氧化硅及二氧化鉿的含量總合為100％計，該二氧化硅的含量介于0％至100％。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該電子阻擋層是以鋁含量漸變的氮化鋁鎵al(x)ga(1-x)n為材料所構(gòu)成，且x介于0.05至0.8；該鋁含量的x值以鄰近該p型氮化鋁鎵層至遠(yuǎn)離該p型氮化鋁鎵層是先由一個第一含量值遞減至一個第二含量值，再由該第二含量值遞增至一個第三含量值，且該第三含量值小于該第一含量值。

較佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該第一含量值介于0.35至0.8，該第二含量值介于0.05至0.35，且該第三含量值介于0.35至0.6。

更佳地，前述深紫外光發(fā)光二極管芯片，該第一含量值、第二含量值，及第三含量值分別為0.65、0.15，及0.2。

本發(fā)明的有益的效果在于：提供一種深紫外光發(fā)光二極管芯片，借由該電子阻擋層與該光學(xué)層的搭配設(shè)置，除了可有效地增加發(fā)光效率外，對于其光取出效率也能有顯著的提升。

附圖說明

圖1是一個側(cè)視圖，說明本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片的一個第一實施例；

圖2是一個含量比例示意圖，說明本發(fā)明該第一實施例構(gòu)成一層光學(xué)層的材料含量比例；

圖3是一個側(cè)視圖，說明本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片的一個第二實施例；

圖4是一個含量比例示意圖，說明本發(fā)明該第二實施例構(gòu)成一層光學(xué)層的材料含量比例；

圖5是一個側(cè)視圖，說明本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)的一個實施例；

圖6是一個柱狀圖，說明深紫外光發(fā)光二極管芯片以覆晶封裝后量測所得的出光效率；

圖7是一個x、y曲線圖，說明深紫外光發(fā)光二極管芯片以覆晶封裝后量測所得的輸出功率；

圖8是一個x、y曲線圖，說明深紫外光發(fā)光二極管芯片以覆晶封裝后量測所得的反射率。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參閱圖1，本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片的一個第一實施例是一個用于覆晶(flipchip)封裝的深紫外光發(fā)光二極管芯片3。該深紫外光發(fā)光二極管芯片3包含一個透光基板31、一個發(fā)光單元32、一個電極單元33、一層電子阻擋層(electronblockinglayer，ebl)34及一層光學(xué)層35。

該透光基板31可選自藍(lán)寶石(sapphire)基板、砷化鎵(gaas)、碳化硅(sic)和硅基板等。于本實施例中該透光基板31的材料是以折射率(refractiveindex，n)為1.77的藍(lán)寶石基板(即氧化鋁，al2o3)為例來做說明。

該發(fā)光單元32包括由該透光基板31的一個表面依序形成的一層緩沖層321、一層n型氮化鋁鎵(n-algan)層322、一層多重量子井(multiplequantumwell，mqw)層323，與一層p型氮化鋁鎵(p-algan)層324。

于此要說明的是，該緩沖層321是設(shè)置于該透光基板31與該n型氮化鋁鎵層322間，以減少晶格不匹配與熱膨脹系數(shù)差異等問題，該緩沖層321的材料可以是氮化鎵(gan)、氮化鋁(aln)，或氮化鋁鎵(algan)。除此之外，還可在該緩沖層321與該n型氮化鋁鎵層322間，由中性氮化鋁鎵經(jīng)產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)而形成一個光子晶體(photoniccrystal)結(jié)構(gòu)325，從而可提高發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部量子效率(internalquantumefficiency)。且該光子晶體結(jié)構(gòu)325的材料可為氮化鋁鎵、氮化鋁，或前述的一組合。

此外，還要說明的是，于該n型氮化鋁鎵層322與該多重量子井層323間，還可再形成一層n型超晶格(superlattice)層326，該n型超晶格層326具有緩和施加至該多重量子井層323的應(yīng)力的功效，且其可由交替沉積的n型氮化鋁鎵所構(gòu)成。

除此之外，由于該發(fā)光單元32的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或其所適用的材料是為所屬技術(shù)領(lǐng)域者所周知，因此不再多加說明。

該電極單元33設(shè)置于該發(fā)光單元32上并用以對外進(jìn)行電連接，包括一個設(shè)置于該n型氮化鋁鎵層322上的第一電極331，及一個設(shè) 置于該p型氮化鋁鎵層324上的第二電極332。同樣地，該電極單元33的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或其所適用的材料是為所屬技術(shù)領(lǐng)域者所周知，于此也不再多加贅述。

該電子阻擋層34設(shè)置于該多重量子井層323與該p型氮化鋁鎵層324間，主要用以改善電洞的傳輸效果，同時加強局限電子的能力，從而提高電子與電洞復(fù)合的機率，以提升內(nèi)部量子效率，并進(jìn)一步提升發(fā)光效率。

較佳地，該電子阻擋層34可由鋁含量漸變的氮化鋁鎵al(x)ga(1-x)n為材料所構(gòu)成，且x介于0.05至0.8。具體地說，該鋁含量的x值以鄰近該p型氮化鋁鎵層324至遠(yuǎn)離該p型氮化鋁鎵層324是先由一個第一含量值遞減至一個第二含量值，再由該第二含量值遞增至一個第三含量值，且該第三含量值小于該第一含量值。該第一含量值介于0.35至0.8，該第二含量值介于0.05至0.35，且該第三含量值介于0.35至0.6。更佳地，該第一含量值、第二含量值，及第三含量值分別為0.65、0.15，及0.2。

此處要說明的是，在形成該電子阻擋層34時，在該第一含量值至該第二含量值的區(qū)間，會得到一層具有一個第一厚度的膜層結(jié)構(gòu)，同樣地，在該第二含量值至該第三含量值的區(qū)間，則會得到一層具有一個第二厚度的膜層結(jié)構(gòu)。該第一厚度大于該第二厚度，且該電子阻擋層34的整體厚度(即第一厚度加上第二厚度)介于5nm至100nm。

此外，還要說明的是，該電子阻擋層34采用鋁含量漸變的目的在于，于該第一含量值至該第二含量值的區(qū)間，是用以增加導(dǎo)帶(conductionband)的能障，即保有電子阻擋的功效，并增加電洞的傳送；于該第二含量值至該第三含量值的區(qū)間，則是避免該深紫外光發(fā)光二極管芯片于高電壓時產(chǎn)生漏電流的現(xiàn)象?？偟貋碚f，設(shè)置該鋁含量漸變的電子阻擋層34除了能提升能障的高度以減少電子溢流，還能大幅地改善電洞的傳輸效果，同時加強局限電子的能力，從而提高電子與電洞復(fù)合的機率，以提升發(fā)光效率。

該光學(xué)層35形成于該透光基板31相對于該發(fā)光單元32的另一個表面，且折射率介于1.0與該透光基板31的折射率間。由于本實施例該透光基板31是選自折射率為1.77的藍(lán)寶石基板，因此，該光學(xué) 層35的折射率是介于1.0至1.77，且其材料是選自二氧化硅(sio2，n＝1.45)，或二氧化硅及二氧化鉿(hfo2，n＝2.1)的一組合。較佳地，該光學(xué)層35的厚度是介于71nm至99nm。

詳細(xì)地說，由于該透光基板31(n＝1.77)與外界空氣(n＝1)間的折射率差異，以致于自該透光基板31進(jìn)入空氣的光源容易產(chǎn)生全反射(totalreflection)而降低出光效率。因此，借由該光學(xué)層35的設(shè)置可降低該透光基板31與空氣間的折射率差異，增加光源進(jìn)入外界空氣所造成的全反射的臨界角并增加光射出角度，以降低光源于該透光基板31與空氣的界面發(fā)生全反射的機率，從而有效地提升光取出效率。

較佳地，該光學(xué)層35也可以是由多層折射率由鄰近該透光基板31向遠(yuǎn)離該透光基板31的方向遞減的光學(xué)膜(圖未示)所構(gòu)成，而成為一個具有漸變折射率且折射率介于1.0至1.77的光學(xué)薄膜，而可更加有效地降低光源發(fā)生全反射的機率，從而提升光取出效率。

參閱圖2，該光學(xué)層35的折射率變化可借由所選用的材料的含量多寡而進(jìn)行控制，也就是說，以二氧化硅及二氧化鉿的硅/鉿(si/hf)原子比的含量總合為100％計，該光學(xué)層35包括由至少兩種不同含量比例的二氧化硅及二氧化鉿的光學(xué)膜構(gòu)成。詳細(xì)地說，由于二氧化硅的折射率為1.45，二氧化鉿的折射率為2.1，因此，若需使該光學(xué)層35的每一層光學(xué)膜的折射率介于1.0至1.77，則需調(diào)控該每一層光學(xué)膜的二氧化硅的含量介于50％至100％，且二氧化鉿的含量不大于50％。例如，可借由令該光學(xué)層35于鄰近該透光基板31處由50％的二氧化硅與50％的二氧化鉿構(gòu)成，并于遠(yuǎn)離該透光基板31的方向，逐漸減少該光學(xué)層35中二氧化鉿的含量，且逐步增加該二氧化硅的含量，而讓該光學(xué)層35于最遠(yuǎn)離該透光基板31處的組成為100％的二氧化硅，如此一來，即可得到折射率介于1.45至1.77具有漸變折射率的該光學(xué)層35。

參閱圖3，本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片3的一個第二實施例與該第一實施例大致相同，其不同的地方在于，該第二實施例是前述該第一實施例于該透光基板31上制作完成該發(fā)光單元32后將該透光基板31移除，而將該光學(xué)層35形成于該發(fā)光單元32相對于該電極單元33的另一個表面，即直接形成于該緩沖層321上。

此處要說明的是，該第二實施例的光學(xué)層35由于是形成于該由氮化鋁鎵所構(gòu)成的緩沖層321上，而氮化鋁鎵的折射率為2.3，因此，該第二實施例的光學(xué)層35的折射率需介于1.0至2.3，其材料選自二氧化硅、二氧化鉿，或前述的一組合，且以二氧化硅及二氧化鉿的硅/鉿(si/hf)原子比的含量總合為100％計，二氧化硅及二氧化鉿的含量皆介于0％至100％。較佳地，該第二實施例的光學(xué)層35的厚度介于78nm至109nm。

參閱圖4，本實施例該光學(xué)層35的折射率的控制方法與前述該第一實施例類似，其差別在于，由于該二氧化硅(n＝1.45)及二氧化鉿(n＝2.1)的折射率皆在1.0至2.3的范圍內(nèi)，因此，本實施例該光學(xué)層35可單純僅由二氧化硅或二氧化鉿所構(gòu)成，即該光學(xué)層35可由至少一層選自二氧化硅或二氧化鉿的光學(xué)膜所構(gòu)成，或是為至少一層由二氧化硅及二氧化鉿共同構(gòu)成的光學(xué)膜。同樣地，本實施例可借由令該光學(xué)層35于鄰近該緩沖層321處由100％的二氧化鉿構(gòu)成，并于遠(yuǎn)離該緩沖層321的方向，逐漸減少該光學(xué)層35中二氧化鉿的含量，且逐步增加該二氧化硅的含量，而讓該光學(xué)層35于最遠(yuǎn)離該緩沖層321處的組成為100％的二氧化硅，如此一來，即可得到折射率介于1.45至2.1具有漸變折射率的該光學(xué)層35。

本發(fā)明該第一實施例與第二實施例借由該光學(xué)層35的設(shè)置，以改善該透光基板31或發(fā)光單元32與空氣間的折射率差異，以全面性地提升該深紫外光發(fā)光二極管芯片的光取出效率。此外，當(dāng)再配合該電子阻擋層34的設(shè)置，還可再進(jìn)一步提升整體的發(fā)光效率。

前述該第一實施例與第二實施例的深紫外光發(fā)光二極管芯片3皆可采用覆晶方式進(jìn)行封裝，而得一個深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)，以下將以該第一實施例的深紫外光發(fā)光二極管芯片3為例來做說明。

參閱圖5，圖5所示即為該第一實施例的深紫外光發(fā)光二極管芯片3以覆晶方式進(jìn)行封裝后的封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)的一個實施例包含一個封裝載板2，及一個如前所述的深紫外光發(fā)光二極管芯片3。由于該覆晶封裝的詳細(xì)制程為所屬技術(shù)領(lǐng)域者所熟知，因此不再多加說明。

特別地是，該封裝載板2與該深紫外光發(fā)光二極管芯片3于封裝前會先于該封裝載板2上形成一個增亮單元4，之后再與該深紫外光發(fā)光二極管芯片3進(jìn)行封裝，而令該增亮單元4介于該深紫外光發(fā)光二極管芯片3與該封裝載板2間。

該增亮單元4包括一層形成于該封裝載板2上的鋁層41，及至少十組形成于該鋁層41上的反射層42，該每一組反射層42具有一第一反射膜與一第二反射膜，且所述第一反射膜與第二反射膜是交替形成于該鋁層41上。所述第一反射膜的材料是二氧化硅，所述第二反射膜的材料是二氧化鉿。

該增亮單元4顧名思義即是用以提升該深紫外光發(fā)光二極管芯片3的亮度，由于該鋁層41雖然具有高反射率但卻容易產(chǎn)生氧化的情形，因此，借由所述反射層42一方面除了可用來增加光線反射的機率，另一方面還可用來保護(hù)該鋁層41減少其氧化的情況，從而令該深紫外光發(fā)光二極管芯片3發(fā)出的光線可借由該增亮單元4的反射而增加光取出效率。

參閱圖6，圖6所示是將深紫外光發(fā)光二極管芯片以覆晶封裝后量測所得的出光效率結(jié)果。圖6的結(jié)果b，該深紫外光發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)為本發(fā)明該第一實施例(如圖1所示)，結(jié)構(gòu)依序為光學(xué)層35/透光基板31/緩沖層321/光子晶體結(jié)構(gòu)325/n型氮化鋁鎵層322/n型超晶格層326/多重量子井層323/電子阻擋層34/p型氮化鋁鎵層324/第二電極332。與圖6的結(jié)果a相比，差異在于有沒有設(shè)置該光學(xué)層35，即圖6的結(jié)果a并未設(shè)置光學(xué)層35，圖6的結(jié)果b有設(shè)置光學(xué)層35，光學(xué)層35的設(shè)置對第一實施例來說確實可有效地提升該深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)的出光效率達(dá)7％。另外，圖6的結(jié)果d，該深紫外光發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)則如同本發(fā)明該第二實施例(如圖3所示)，結(jié)構(gòu)依序為光學(xué)層35/緩沖層321/光子晶體結(jié)構(gòu)325/n型氮化鋁鎵層322/n型超晶格層326/多重量子井層323/電子阻擋層34/p型氮化鋁鎵層324/第二電極332。與圖6的結(jié)果c相比，差異同樣在于有沒有設(shè)置該光學(xué)層35，即圖6的結(jié)果c并未設(shè)置光學(xué)層35，圖6的結(jié)果d有設(shè)置光學(xué)層35，光學(xué)層35的設(shè)置對第二實施例來說確實可有效地提升該深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)的出光效率達(dá)10％。

參閱圖7，圖7也是為將深紫外光發(fā)光二極管芯片以覆晶封裝后量測所得的輸出功率結(jié)果。圖7的曲線a，其深紫外光發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明該第一實施例雷同，差別在于其沒有設(shè)置該光學(xué)層35，而該電子阻擋層34是由鋁含量漸變的氮化鋁鎵al(x)ga(1-x)n為材料所構(gòu)成，且該鋁含量的x值以鄰近該p型氮化鋁鎵層324至遠(yuǎn)離該p型氮化鋁鎵層324是先由0.65(第一含量值)遞減至0.15(第二含量值)，再由0.15遞增至0.2(第三含量值)。圖7的曲線b與曲線a的深紫外光發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)差異在于，其電子阻擋層34的鋁含量的x值以鄰近該p型氮化鋁鎵層324至遠(yuǎn)離該p型氮化鋁鎵層324是先由0.65(第一含量值)遞減至0.55(第二含量值)，再遞減至0(第三含量值)。由圖7的結(jié)果可知，本發(fā)明該電子阻擋層34借由鋁含量的變化與控制確實可有效地提升整體的輸出功率達(dá)21％mw。

參閱圖8，圖8是利用如圖5所示的深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)量測所得的反射率結(jié)果。圖8的曲線a，該深紫外光發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)如同該第一實施例，該光學(xué)層35的折射率控制為1.77，且自該透光基板31反向該光學(xué)層35的結(jié)構(gòu)依序為光學(xué)層35/透光基板31/緩沖層321/n型氮化鋁鎵層322/多重量子井層323/電子阻擋層34/p型氮化鋁鎵層324/第二電極332；而該增亮單元4含有鋁層41及十組由二氧化硅(47nm)與二氧化鉿(34nm)所構(gòu)成的反射層42。圖8的曲線b至曲線d所使用的深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)與該曲線a雷同，其深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)不同的地方在于曲線b、c是分別以銀、金取代該鋁層41，而曲線d則是僅含有該反射層42。由圖8的結(jié)果可知，本發(fā)明利用該鋁層41與該反射層42所構(gòu)成的增亮單元4，確實具有最佳的反射效果。

綜上所述，本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片3借由該光學(xué)層35的設(shè)置，以改善該透光基板31或發(fā)光單元32與空氣間折射率差異的問題，從而可提升該深紫外光發(fā)光二極管芯片3整體的光取出效率。此外，透過該電子阻擋層34則可增加電子與電洞復(fù)合的機率，提升內(nèi)部量子效率，以進(jìn)一步提升發(fā)光效率。本發(fā)明深紫外光發(fā)光二極管芯片封裝結(jié)構(gòu)則可利用該增亮單元4的反射，以更佳地提升整體的亮度，確實能達(dá)成本發(fā)明的目的。