具有分布式布拉格反射器的发光二极管芯片制造技术

公开一种发光二极管芯片，其包括分布式布拉格反射器DBR，所述DBR设置在发光结构的一侧以反射从发光结构发射的光。DBR包括具有高折射率的第一材料层和具有低折射率的第二材料层，第一和第二材料层交替地堆叠在彼此上。关于可见光范围的中心波长，DBR包括：第一区域，其中交替地设有光学厚度大于0.25λ+10％的第一材料层的第一组和光学厚度大于0.25λ‑10％且小于0.25λ+10％的第一材料层的第二组；第二区域，包括光学厚度小于0.25λ‑10％且连续布置的第一材料层的第三组；第三区域，设置在第一区域和第二区域之间且包括光学厚度小于0.25λ‑10％的第一材料层和光学厚度大于0.25λ的第一材料层。

Light emitting diode chip with distributed Prague reflector

A light emitting diode chip is disclosed that includes a distributed Prague reflector DBR disposed on one side of the light emitting structure to reflect light emitted from the light emitting structure. The DBR includes a first material layer having a high refractive index and a second material layer having a low refractive index, the first and the second material layers alternately stacked on each other. The center wavelength of the visible light range, a DBR includes: a first region, second groups of the first material layer which is provided with a first material layer alternately optical thickness greater than 0.25 x +10% of the first set and the optical depth is greater than 10% and less than 0.25 lambda 0.25 lambda +10%; second regions, including third groups of optical thickness is less than 0.25. 10% and continuous layout of the first material layer; third region disposed between the first region and the second region and includes a first material layer of a first material layer and the optical thickness is less than 0.25. 10% more than 0.25.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管芯片，尤其涉及一种包括分布式布拉格反射器以提高光提取效率的发光二极管芯片。
技术介绍
被构造成发射蓝光或UV光的氮化镓基发光二极管用于各种应用中，特别地，被构造成发射用于背光单元或普通照明的混合光(例如白光)的不同类型的发光二极管封装在市场上可买到。由于发光二极管封装件的光输出通常取决于发光二极管芯片的发光效率，所以已经作出了连续尝试来提高发光二极管芯片的发光效率。例如，在光出射面的一个表面上形成粗糙表面，或者对外延层或透明衬底的形状进行改进，以提高发光二极管芯片的光提取效率。可选择地，将金属反射器(例如，Al反射器)提供到光出射面的另一表面(例如，衬底的下表面)，以通过反射朝向芯片安装平面行进的光来提高发光效率。可以通过使用金属反射器对光进行反射以减少光损耗来改善发光二极管芯片的发光效率。然而，这种反射金属可能因为氧化而造成反射不良，并且反射金属器的反射率比较低。因此，使用通过交替叠放具有不同折射率的材料而形成的分布式布拉格反射器(DBR)来实现高反射率，同时确保相对稳定的反射特征。DBR通常通过交替叠放高折射率材料层和低折射率材料层来形成。具体地，在包括中心波长的一定的光谱范围内(即在阻带中)具有高反射率的DBR可以通过交替叠放高折射率材料层和低折射率材料层来形成，高折射率材料层和低折射率材料层中的各个材料层具有等于λ/4(λ：中心波长)的光学厚度(实际厚度×折射率)。然而，阻带不能简单地通过将各自具有等于λ/4的光学厚度的高折射率材料层和低折射率材料层交替叠放而被充分加宽。为了克服这个问题，阻带可通过将波长大于中心波长的DBR1与波长小于中心波长的DBR2进行叠放而加宽，从而所提供的DBR基本上在整个可见光范围内具有高反射率。DBR每层的厚度可使用诸如Macleod或Filmstar之类的模拟工具进行微调。图1是示出了通过使用模拟工具将DBR1和DBR2叠放来设计具有相对宽的阻带的DBR的过程的模拟图。为了设计在425纳米-700纳米的波段内具有90％或更高反射率的DBR，首先，参照555纳米的中心波长(λ)，设计在555纳米-700纳米的波段内具有高反射率的DBR1以及在555纳米及更短波段内具有高反射率的DBR2，并将它们一个在另一个上地叠放。此时，使用模拟工具对DBR1和DBR2中每个材料层的厚度进行调节，从而实现在425纳米-700纳米的波段内具有90％或更高反射率的DBR的设计。
技术实现思路
【技术问题】在其中蓝宝石衬底上形成包括有源层的氮化镓基发光结构并将DBR提供至衬底的下表面的结构中，从有源层发射的一些光在穿过衬底后到达反射器。在这种情况下，光不仅以0°入射角(与反射器成直角)而且以各种入射角进入反射器。具体地，在其中蓝宝石衬底是图案化的蓝宝石衬底的结构中，大于0°的倾斜入射角的光量增加。图2是示出取决于到达衬底下表面的光的入射角的光功率的示意图。在这个图中，Ex表示在衬底下表面上的沿X方向的入射角，Ez表示沿垂直于在衬底的下表面上的X方向的Z方向的入射角。基于包括图案化的蓝宝石衬底的发光二极管芯片的实际尺寸，通过时域有限差分(FDTD)数值分析方法以10°的间隔对基于到达衬底的下表面的光的入射角的光功率进行分析。参照图2，以近似直角(即小于0°－10°的入射角)入射到衬底的下表面上的光的光功率小于约3.5％。反之，以20°或更高(具体地，在20°－50°范围内)的角度入射的光的光功率约为60％或更高，其占据了到达衬底下表面的光的大部分功率。在采用图案化蓝宝石衬底(PSS)的结构中，光被形成在衬底上的图案散射，从而增加了到达衬底的下表面的光的入射角。因此，在采用图案化的蓝宝石衬底(PSS)的结构中，由于大量的光以较大入射角到达衬底的下表面，所以必须通过考虑光的入射角来对被构造成反射衬底的下表面上的入射光的DBR进行设计。另一方面，相对于以0°入射角进入的光，在宽波长范围内，典型的DBR具有约100％的高反射。然而，随着入射角的变化，DBR的阻带朝短波长偏移且阻带的频谱带宽变窄。此外，即使在阻带内，典型DBR受导致反射率降低的波动现象影响。图3A、图3B和图3C是模拟图，其表示典型DBR的反射率随入射角的变化而变化。参见图3A、图3B和图3C，可以看出随着入射角增大至20°、25°和30°，阻带朝短波长偏移并且阻带的带宽变窄。例如，在20°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约65nm并且在短波长带上向左偏移约20nm，因此阻带的带宽减少约45nm。此外，在25°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约90nm并且在短波长带上向左偏移约25nm，因此阻带的带宽减少约65nm。另外，在30°的入射角处，阻带在长波长带上向左偏移约120nm并且在短波长带上向左偏移约30nm，因此阻带的带宽减少约90nm。同样地，随着入射角的增大，阻带的带宽预期将会进一步减小。另一方面，随着入射角从20°增大到30°，在阻带中观察到具有相对低反射率的波动R。可以看出，波动R中的反射率随着入射角的增大而逐渐减小。此外，随着入射角的增大，波动R也朝短波长偏移。因此，例如，即使在阻带包括450nm的情况下，在发出具有约450nm的波长(λe)的光的发光二极管芯片中，对于在20°到50°的入射角处进入的光的反射率可因波动R而迅速降低。本专利技术的示例性实施例提供了一种包括DBR的发光二极管芯片，所述DBR不仅相对于在直角处进入的光还相对于在各种入射角处进入的光均展现出良好的反射率以改善发光效率。本专利技术的示例性实施例提供了一种分布式布拉格反射器，其可防止或抑制在阻带中生成随着入射角增大而表现出低反射率的波动。【技术方案】本专利技术的示例性实施例提供一种发光二极管芯片，其包括：包括有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器(DBR)，其布置在发光结构的一侧处以反射从发光结构发出的光，其中DBR包括具有高折射率的第一材料层和具有低折射率的第二材料层，所述第一材料层和第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且相对于可见范围的中心波长(λ：554nm)，包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置；第二区域，其包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度且连续布置的第一材料层的第三组；以及第三区域，其布置在第一区域和第二区域之间且包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，第一区域被放置地比第二区域更接近发光结构。本专利技术的另一个示例性实施例提供一种发光二极管芯片，其包括：包括发出具有第一波长的光的有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器(DBR)，其布置在发光结构的一侧处以反射从发光结构发出的光，其中DBR包括具有低折射率的第一材料层和具有高折射率的第二材料层，所述第一材料层和第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且相对于比第一波长长75nm至125nm的第二波长(λ)，包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管芯片，其包括：包括有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器，其被设置在所述发光结构的一侧处以反射从所述发光结构发射出的光，其中所述分布式布拉格反射器包括具有高折射率的第一材料层和具有低折射率的第二材料层，所述第一材料和所述第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且关于所述可见光范围的中心波长，所述分布式布拉格反射器包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ‑10％并且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置；第二区域，其包括具有小于0.25λ‑10％的光学厚度并且连续布置的第一材料层的第三组；以及第三区域，其被设置在所述第一区域与所述第二区域之间并且包括具有小于0.25λ‑10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，所述第一区域被放置成比所述第二区域更加靠近所述发光结构，其中，λ是中心波长。

【技术特征摘要】
2015.10.23 KR 10-2015-01480361.一种发光二极管芯片，其包括：包括有源层的发光结构；以及分布式布拉格反射器，其被设置在所述发光结构的一侧处以反射从所述发光结构发射出的光，其中所述分布式布拉格反射器包括具有高折射率的第一材料层和具有低折射率的第二材料层，所述第一材料和所述第二材料层交替地堆叠在彼此上方，且关于所述可见光范围的中心波长，所述分布式布拉格反射器包括：第一区域，其中具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％并且小于0.25λ+10％的光学厚度的第一材料层的第二组交替地布置；第二区域，其包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度并且连续布置的第一材料层的第三组；以及第三区域，其被设置在所述第一区域与所述第二区域之间并且包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第一材料层和具有大于0.25λ的光学厚度的第一材料层，所述第一区域被放置成比所述第二区域更加靠近所述发光结构，其中，λ是中心波长。2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其中第一材料层的所述第一组包括具有小于0.3λ+10％的光学厚度的第一材料层，且第一材料层的所述第三组具有大于0.2λ-10％的光学厚度。3.根据权利要求2所述的发光二极管芯片，其中所述第一区域中的所述第一材料层的光学厚度偏差大于所述第二区域中的所述第一材料层的光学厚度偏差。4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光二极管芯片，其中所述第一区域中所述第二材料层包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层的第一组和具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层的第二组；所述第二区域中所述第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度且连续布置的第二材料层的第三组；以及所述第三区域中所述第二材料层包括具有小于0.25λ-10％的光学厚度的第二材料层和具有大于0.25λ且小于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。5.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其中所述第二材料层的第一组具有小于0.25λ+20％的光学厚度。6.根据权利要求5所述的发光二极管芯片，其中第二材料层的第一组具有比第一材料层的第一组更小的平均光学厚度。7.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其中所述第一区域中所述第二材料层的光学厚度偏差大于所述第二区域中所述第二材料层的光学厚度偏差。8.根据权利要求4所述的发光二极管芯片，其中所述第三区域中第二材料层进一步包括具有大于0.25λ+10％的光学厚度的第二材料层。9.根据权利要求8所述的发光二极管芯片，其中所述分布式布拉格反射器进一步包括设置于所述第三区域中具有大于0.25λ-10％且小于0.25λ的光学厚度的第一材料层。10.根据权利要求1所述的发光二极管芯片，其进一步包括：插入在所述发光结构和所述分布式布拉格反射器之间的衬底。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金艺瑟，禹尙沅，金京完，
申请(专利权)人：首尔伟傲世有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR