[发明专利]紫外共振腔发光二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是一种具有共振腔紫外发光二极管。该发明可用于空气与水净化，生物医学探测，空间紫外通信领域。

背景技术

III-V族化合物半导体材料作为第三代半导体材料的杰出代表，具有很多优良的特性，尤其是在光学应用方面，由Ga、Al、In、N组成的合金｛Ga(Al，In)N｝可以覆盖整个可见光区和近紫外光区。而且纤铸矿结构的III族氮化物都是直接带隙，非常适合于光电子器件的应用。特别是在紫外光区，AlGaN基多量子阱的紫外LED已显示出巨大的优势，成为目前紫外光电器件研制的热点之一。AlGaN基多量子阱UV-LED器件具有广阔的应用前景。紫外光在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、空气与水净化、医疗与生物医学、白光照明以及军事探测、空间保密通信等领域都有重大应用价值。然而，随着LED发光波长的变短，GaN基LED有源层中Al组分越来越高，高质量AlGaN材料的制备具有很大难度，AlGaN材料造成UV-LED的外量子效率和光功率都很低，成为了UV-LED发展的瓶颈，是当前急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种共振腔紫外发光二极管装置，其包括：

第一腔，其用于传输共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区向上辐射和经过第一反射器反射的电磁波；

第二腔，其用于传输共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区向下辐射和经过第二反射器反射的电磁波；其中第一腔和第二腔共同构成的共振通道，电磁波在其中来回传播。

第一反射器和第二反射器，分别连接到该第一腔和第二腔，分别用于反射从第一腔和第二腔中经过并射向反射器的电磁波；

其中，所述第一腔和第二腔的交界处为反节点，所述反节点位于所述共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区，且在辐射复合最强的量子阱位置处。

本发明公开的上述紫外发光二极管装置，利用分布式布拉格反射(DBR)多层膜堆叠的周期结构制作第一腔，利用分布式布拉格反射(DBR)多层膜堆叠的周期结构或双层紫外高反射薄膜制作第二腔，不但对紫外发光二极管(UV-LED)有源区辐射电磁波的中心波长有共振加强作用，对波长具有选择性，提高出光效率，还可起到优化LED辐射波形以及光场分布的作用，实现紫外发光二极管的高强度，高功率密度，准直性好，以及具有相干性的光输出；本发明还通过设计有源区的位置，优选在UV-LED辐射中心波长的反节点位置，可诱导有源区中的载流子辐射复合，提高有源区的辐射复合效率，提高内量子效率，进而达到提高UV-LED总的辐射效率的目的。

附图说明

图1是本发明中共振腔紫外发光二极管装置的垂直结构示意图。

图2是本发明中共振腔紫外发光二极管装置的正装或倒装(未示意基板)结构第一示意图。

图3是本发明中共振腔紫外发光二极管装置的正装或倒装(未示意基板)结构第二示意图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种共振腔紫外发光二极管(RC-UVLED)装置，该装置能够发射具有峰状轮廓并有中心波长(λ)的辐射。该装置包括：

第一腔111，其用于传输共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区向上辐射和经过第一反射器反射的电磁波；

第二腔113，其用于传输共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区向下辐射和经过第二反射器反射的电磁波；

其中，第一腔111和第二腔113共同构成所述共振腔紫外发光二极管装置的共振通道，且电磁波在其中来回传播。

第一反射器102和第二反射器108，分别连接到该第一腔111和第二腔113，且分别用于反射从第一腔和第二腔中射向反射器的电磁波；并且通过设计发射器的结构，选择特定波长的电磁波反射最强。

所述第一腔和第二腔的交界处为反节点，所述反节点位于所述共振腔紫外发光二极管装置的量子阱有源区，且在辐射复合最强的量子阱位置处；电磁波经过两个反射器的多次来回反射，并经过第一腔和第二腔的传输，通过量子阱有源区激励量子阱中载流子受激辐射，最终选择出垂直于反射器端面的具有在紫外区域中的中心波长的电磁辐射。

其中第一反射器102、第一腔111、有源区105、第二腔113和第二反射器108共同构成使得该RC-UVLED装置产生具有在紫外区域中的中心波长的电磁辐射的共振通道，并且对该RC-UVLED的效率和光场分布都会有明显的改善。