CN107068830A - 一种应用于紫外led的全角度高反射率dbr结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，包括衬底，所述衬底的上表面由下向上依次设置有GaN层，n型GaN层，p型GaN层和透明导电薄膜，所述n型GaN层和p型GaN层上设有电极且所述n型GaN层和p型GaN层之间设置有；量子阱层，所述衬底的下表面设置有N个DBR单元，每个DBR单元均包括高折射率材料层和低折射率材料，并且高折射率材料层和低折射率材料层相互交替叠加，其中高折射率材料层的厚度为30‑100nm，低折射率材料层的厚度为50‑150nm。本发明具有反射率高，反射谱宽，以及高角度入射的情况下反射率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及LED应用领域，具体是一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构。
背景技术
LED因具有色纯度高、响应速度快、体积小、可靠性好、寿命长、环保等优点，成为了最受重视的光源技术。
LED的发光效率主要有三方面因素：器件的内量子效率、载流子注入效率和光出射效率。对GaN基LED的器件而言，通过改善量子阱、异质结构载流子限制效应以及量子限制斯塔克效应和提高空穴的注入和降低电子的泄漏已将内量子效率、载流子注入效率已达较高水平，而相对前两者其光出射效率受制于全反射，仅有极少部分光可逃逸。所以如何提高LED光出射效率，成为LED芯片制备亟需解决的突出问题。
通过在LED背面生长全角度高反射率DBR是提升LED出光效率的一种有效手段。传统的DBR反射镜采用TiO2和SiO2周期性生长所得。这种DBR能达到99％的反射率，然而在高角度入射的情况下，反射率会急剧下降。因此有待开发一种在高角度入射的情况下反射率依然很高的DBR结构。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种在高角度入射的情况下反射率高的DBR结构。
本发明的技术方案是这样实现的：一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，包括衬底，所述衬底的上表面由下向上依次设置有GaN层，n型GaN层，p型GaN层和透明导电薄膜，所述n型GaN层和p型GaN层上设有电极且所述n型GaN层，p型GaN层之间设置有量子阱层，所述衬底的下表面设置有N个DBR单元，每个DBR单元均包括高折射率材料层和低折射率材料层，并且高折射率材料层和低折射率材料层相互交替叠加，其中高折射率材料层的厚度为30-100nm，低折射率材料层的厚度为50-150nm；
相邻的一个高折射率材料层和一个低折射率材料层构成一个周期，每个DBR单元包括5-16个周期；
每个DBR单元反射的中心波长均不相同，中心波长的范围为：300-800nm。
优选地，所述N的取值范围是：2≦N≦5。
优选地，所述高折射率材料层采用的高折射率材料为Ta2O5，所述低折射率材料层采用的低折射率材料为SiO2。
优选地，所述N的取值为2，所述2个DBR单元分别为第一DBR单元和第二DBR单元，其中第一DBR单元反射的中心波长为340nm，所述第二DBR单元反射的中心波长为430nm。
优选地，所述第一DBR单元中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元中Ta2O5和SiO2的厚度分别为47nm和73nm。
优选地，所述DBR单元的周期为8。
优选地，所述GaN层厚度为1-3um，n型GaN层厚度为2-4um，p型GaN层厚度为50-200nm以及透导电薄膜为ITO，厚度为50-250nm。
优选地，所述衬底材料为蓝宝石，厚度为100-500um。
优选地，所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。
本发明的有益效果是：本发明所述衬底的下表面设置有N个DBR单元，每个DBR单元均包括高折射率材料层和低折射率材料层，并且高折射率材料层和低折射率材料层相互交替叠加，其中高折射率材料层的厚度为30-100nm，低折射率材料层的厚度为50-150nm；相邻的一个高折射率材料层和一个低折射率材料层构成一个周期，每个DBR单元包括5-16个周期；每个DBR单元反射的中心波长均不相同，中心波长的范围为：300nm-800nm；N个DBR单元以及的DBR单元的上述参数设置具有反射率高，反射谱宽，以及高角度入射的情况下反射率高的特点。
附图说明
图1是本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例一的整体结构示意图。
图2是本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例一中DBR单元的整体结构示意图。
图3为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例一中反射率随入射角变化的等高线图。
图4为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例一中反射率随入射角变化图。
图5为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例一中双层DBR单元的整体结构示意图。
图6为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例二中双层DBR单元的整体结构示意图。
图7为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例三中三层DBR单元的整体结构示意图。
图8为本发明本发明一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构实施例四中五层DBR单元的整体结构示意图。
各个部件名称对应的标号：衬底-1，GaN层-2，n型GaN层-3，量子阱层-4，p型GaN层-5，透明导电薄膜-6，DBR单元-7，高折射率材料层-71，低折射率材料-72，第一DBR单元-8，第二DBR单元-9，第三DBR单元-10，第四DBR单元-11，第五DBR单元-12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例一
如图1-图5所示，一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，包括衬底1，所述衬底1的上表面由下向上依次设置有GaN层2，n型GaN层3，p型GaN层5和透明导电薄膜6，所述n型GaN层3和p型GaN层5上设有电极且所述n型GaN层3和p型GaN层5设置有量子阱层4，所述衬底1的下表面设置有N个相互叠加的DBR单元7，这里所述N的取值范围是：2≦N≦5，N个相互叠加的DBR单元7保证了反射率高，反射谱宽，以及高角度入射的情况下反射率依然很高的特点。每个DBR单元均包括高折射率材料层71和低折射率材料72，并且高折射率材料层71和低折射率材料层72相互交替叠加，所述高折射率材料层71采用的高折射率材料为Ta2O5，所述低折射率材料层72采用的低折射率材料为SiO2，材料的选择也保证了高角度入射的情况下反射率高的效果。其中高折射率材料层71的厚度为30-100nm，低折射率材料层72的厚度为50-150nm；相邻的一个高折射率材料层71和一个低折射率材料层构72成一个周期，每个DBR单元包括5-16个周期；每个DBR单元反射的中心波长均不相同。中心波长的范围为：300nm-800nm。
优选地，所述GaN层厚度2为1-3um，n型GaN层厚度3为2-4um，p型GaN层厚度5为50-200nm，所述透明导电薄膜6为ITO,厚度为50-250nm。所述衬底材料1为蓝宝石，厚度为100-500um。所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。
具体地，高亮紫外LED芯片制备方法，包括以下步骤：
步骤一、首先在清洗干净的LED外延片沉积一定厚度的透明导电薄膜IOX并依据需要进行光刻、显影，并蚀刻出MESA图像。
步骤二、进行ICP等离子体刻蚀，直到暴露出n型GaN层。
步骤三、依据需要进行光刻和显影，沉积金属电极。
步骤四、进行DBR反射层沉积：首先在减薄、抛光后的蓝宝石衬底上生长一个DBR单元，随后依次生出第N个DBR单元；
其中透明导电薄膜ITO是由MOCVD生长所得。
本实施例中，DBR采用双中心波长结构，即具有2个DBR单元，两个DBR单元分别为第一DBR单元8和第二DBR单元9，其中第一DBR单元反射的中心波长为340nm，所述第二DBR单元反射的中心波长为430nm。且第一DBR单元8和第二DBR单元9的周期为15。
所述第一DBR单元8中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元9中Ta2O5和SiO2的厚度分别为47nm和73nm。
另外，GaN层厚度为2um，n型GaN层厚度为2.5um，p型GaN层厚度为100nm以及所述透明导电薄膜为ITO，厚度为80nm，衬底材料为蓝宝石，厚度为100um。所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一。
实施例二
如图6所示，实施例二与实施例一的不同之处在于，所述第一DBR单元8和第二DBR单元9的周期为8，所述第一DBR单元8中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元9中Ta2O5和SiO2的厚度分别为47nm和73nm。
另外，GaN层厚度为2um，n型GaN层厚度为2.5um，p型GaN层厚度为100nm，以及透明导电薄膜厚度为120nm，衬底材料厚度为140um。所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr任意组合。
实施例三
如图7所示，本实施例与其他实施例的不同之处在于，DBR结构采用3个中心波长结构，即具有3个DBR单元，三个DBR单元分别为第一DBR单元8和第二DBR单元9和第三DBR单元10，其中第一DBR单元8反射的中心波长为340nm，所述第二DBR单元9反射的中心波长为430nm，所述第三DBR单元10反射的中心波长为530nm。
所述第一、第二和第三DBR单元的周期均为8。
所述第一DBR单元中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元9中Ta2O5和SiO2的厚度分别为48nm和73nm，所述第三DBR单元10中Ta2O5和SiO2的厚度分别为57nm和90nm。
GaN层厚度为2um，n型GaN层厚度为2.5um，p型GaN层厚度为100nm以及所述透明导电薄膜为ITO，厚度为80nm，衬底材料为蓝宝石，厚度为100um。所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一。
实施例四
如图8所示，本实施例与其他实施例的不同之处在于，DBR结构采用5个中心波长结构，即具有5个DBR单元，五个DBR单元分别为第一DBR单元8，第二DBR单元9，第三DBR单元10，第四DBR单元11，和第五DBR单元12，其中第一DBR单元8反射的中心波长为340nm，所述第二DBR单元9反射的中心波长为430nm，所述第三DBR单元10反射的中心波长为530nm，所述第四DBR单元11反射的中心波长为630nm，所述第五DBR单元12反射的中心波长为760nm。
所述第一DBR单元8，第二DBR单元9，第三DBR单元10，第四DBR单元11，第五DBR单元12的周期为8。
所述第一DBR单元8中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元9中Ta2O5和SiO2的厚度分别为47nm和73nm，所述第三DBR单元10中Ta2O5和SiO2的厚度分别为57nm和90nm，所述第四DBR单元10中Ta2O5和SiO2的厚度分别为68nm和107nm，所述第五DBR单元10中Ta2O5和SiO2的厚度分别为82nm和130nm。
另外，GaN层厚度为2um，n型GaN层厚度为2.5um，p型GaN层厚度为100nm以及透明导电薄膜厚度为80nm，衬底材料厚度为100um。所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr之一或者任意组合。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，包括衬底，所述衬底的上表面由下向上依次设置有GaN层，n型GaN层，p型GaN层和透明导电薄膜，所述n型GaN层和p型GaN层上设有电极且所述n型GaN层和p型GaN层之间设置有量子阱层，其特征在于，所述衬底的下表面设置有N个DBR单元，每个DBR单元均包括高折射率材料层和低折射率材料，并且高折射率材料层和低折射率材料层相互交替叠加，其中高折射率材料层的厚度为30-100nm，低折射率材料层的厚度为50-150nm；
相邻的一个高折射率材料层和一个低折射率材料层构成一个周期，每个DBR单元包括5-16个周期；
每个DBR单元反射的中心波长均不相同，中心波长的范围为：300nm-800nm。
2.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述N的取值范围是：2≦N≦5。
3.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述高折射率材料层采用的高折射率材料为Ta2O5。
4.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，其特征在于，所述低折射率材料层采用的低折射率材料为SiO2。
5.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述N的取值为2，所述2个DBR单元分别为第一DBR单元和第二DBR单元，其中第一DBR单元反射的中心波长为340nm，所述第二DBR单元反射的中心波长为430nm。
6.如权利要求5所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述第一DBR单元中Ta2O5和SiO2的厚度分别为37nm和58nm，所述第二DBR单元中Ta2O5和SiO2的厚度分别为47nm和73nm。
7.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述DBR单元的周期为8。
8.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述GaN层厚度为1-3um，n型GaN层厚度为2-4um，p型GaN层厚度为50-200nm，所述透明导电薄膜为ITO，厚度为50-250nm。
9.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石，厚度为100-500um。
10.如权利要求1所述的一种应用于紫外LED的全角度高反射率DBR结构，其特征在于，所述p型GaN层和n型GaN层上设的电极为蒸镀Ti、Al、Ni、Au、Cr金属之一或者任意组合。
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