CN116632132A - Dbr结构、led芯片、半导体发光器件及制造方法及显示面板 - Google Patents

Dbr结构、led芯片、半导体发光器件及制造方法及显示面板 Download PDF

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CN116632132A CN202310611638.8A CN202310611638A CN116632132A CN 116632132 A CN116632132 A CN 116632132A CN 202310611638 A CN202310611638 A CN 202310611638A CN 116632132 A CN116632132 A CN 116632132A
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刘士伟
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Abstract

本发明提供一种DBR结构、LED芯片、半导体发光器件及其制造方法及显示面板。本发明的DBR结构包括多个反射膜组，反射膜组包括依次叠置的折射率不同的第一材料层和第二材料层；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，DBR结构包含：第一区域及第二区域，第一材料层在第一区域和第二区域的光学厚度范围不同，第二材料层在第一区域和第二区域的光学厚度范围不同。该DBR结构还可以包括设置在反射膜组下方的第二材料层。上述第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率。通过设置材料层不同的光学厚度，上述DBR结构的第一区域对芯片内部的反射最大化，第二区域对35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，从而降低芯片的正面透光率。

Description

DBR结构、LED芯片、半导体发光器件及制造方法及显示面板
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体地，涉及一种DBR结构、LED芯片、半导体发光器件及其制造方法及显示面板。
背景技术
LED芯片作为光源在照明领域得到了快速的发展。近年来，Mini LED作为LED背光技术的改良版本，由于其可大幅提升液晶显示面板的画面效果，得以迅速被推广开来。
为了提升Mini LED的出光效果，通过采用Mini LED芯片倒装方案。另外，由于芯片出光角度的大小将直接决定芯片的多项光学性能表现，Mini LED芯片的出光角度的控制也是其技术路线上的一个重点及难点。目前常规的方法是在LED芯片出光面的衬底一侧镀分布式布拉格反射结构（distributed Bragg reflection，DBR）。这种方案仅仅考虑了芯片端的光反射，未考虑封装后应用中芯片的光反射问题，通常会导致在芯片封装后的应用端，芯片的正面仍有较大的漏光，形成热点，进而影响终端产品的光学性能。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种DBR结构、LED芯片、半导体发光器件及其制造方法及显示面板。本发明的DBR结构包括多个反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层及第二材料层；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同。本发明的DBR结构应用与LED芯片时，第一区域更靠近衬底，并且主要起到对LED芯片发出的光进行反射；第二区域形成在第一区域上方，对偏向LED芯片35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，由此能够降低芯片的正面透光率。在形成半导体发光器件时，该DBR结构与半导体发光器件的封装层在折射率上存在差异，能够提升反射效果，减少封装后的正面漏光。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种分布式布拉格反射结构，其包括：反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和所述第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；
其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
可选地，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于，其中420nm。
可选地，在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均为，其中。
可选地，在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为；第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为，其中，。
可选地，所述反射膜组的数量介于6~19。
可选地，所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率。
可选地，还包括形成在所述反射膜组下方的所述第二材料层。
可选地，所述分布式布拉格反射结构还包含第三区域，所述第三区域位于所述第二区域的上方，所述第三区域中的第二材料层的含氧量低于所述第一区域和所述第二区域中所述第二材料层的含氧量。
可选地，第一区域和第二区域中的第二材料层为TiO2层，第三区域中的第二材料层为TiOn层，其中，1.7≤n≤1.95。
根据本发明第二方面，提供一种LED芯片，所述LED芯片包括：
衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
形成在所述第一表面上的发光外延层；以及
形成在所述衬底的第二表面上的DBR结构，所述DBR结构包括：反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和所述第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
可选地，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于，其中420nm。
可选地，在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均为，其中。
可选地，在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为；第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为，其中，。
可选地，所述反射膜组的数量介于6~19。
可选地，所述第一区域至少包括三层第一材料层，至少三层所述第一材料层的光学厚度差小于30nm。
可选地，所述第一区域至少包括三层第二材料层，至少三层所述第二材料层的光学厚度差小于30nm。
可选地，所述第二区域至少包含三层所述第一材料层，其中至少有一层所述第一材料层的光学厚度在135 nm以下，其余第一材料层中至少有一层所述第一材料层的光学厚度在175 nm以上。
可选地，所述第二区域至少包含三层所述第一材料层，至少三层所述第一材料层具有一最大光学厚度D11和一最小光学厚度D12，D11和D12满足：D11-D12≥60nm。
可选地，所述第二区域至少包含三层所述第二材料层，至少三层所述第二材料层具有一最大光学厚度D21和一最小光学厚度D22，D21和D22满足：D21-D22≥30nm。
可选地，所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率，在所述第二区域中，所述第一材料层的光学厚度之和大于所述第二材料层的光学厚度之和。
可选地，所述反射膜组中的第一材料层在第一区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第一区域中的光学厚度差中的最大值小于所述反射膜组中第一材料层在第二区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第二区域中的光学厚度差中的最大值。
可选地，所述DBR结构还包括形成在所述反射膜组与所述衬底之间的所述第二材料层，所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率。
可选地，所述分布式布拉格反射结构还包含第三区域，所述第三区域位于所述第二区域的上方，所述第三区域中的第二材料层的含氧量低于所述第一区域和所述第二区域中所述第二材料层的含氧量。
可选地，第一区域和第二区域中的第二材料层为TiO2层，第三区域中的第二材料层为TiOn层，其中，1.7≤n≤1.95。
根据本发明第三方面，提供了一种半导体发光器件，包括：
封装支架，所述封装支架包括固晶区；
LED芯片，所述LED芯片包括：衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；形成在所述第一表面上的发光外延层；形成在所述发光外延层上方的电极；以及形成在所述衬底的第二表面上的DBR结构，所述LED芯片通过所述电极倒装在所述固晶区；以及
封装层，所述封装层覆盖所述LED芯片；
其中，所述DBR结构包括形成在所述衬底的第二表面上的反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；并且，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
可选地，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于，其中420nm。
可选地，在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度为，其中。
可选地，在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为；所述第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为，其中，。
可选地，所述反射膜组的数量介于6~19。
可选地，所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率。
可选地，所述LED芯片还包括设置在所述衬底及所述DBR结构之间的所述第二材料层。
可选地，所述分布式布拉格反射结构还包含第三区域，所述第三区域位于所述第二区域的上方，所述第三区域中的第二材料层的含氧量低于所述第一区域和所述第二区域中所述第二材料层的含氧量。
可选地，第一区域和第二区域中的第二材料层为TiO2层，第三区域中的第二材料层为TiOn层，其中，1.7≤n≤1.95。
根据本发明的第四方面，提供了一种半导体发光器件的制备方法，该方法包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；
在所述衬底的第一表面形成发光外延层；
在所述发光外延层上方形成电极；
在所述衬底的第二表面依次叠置具有不同折射率的第一材料层及二材料层以形成DBR结构，相邻的第一材料层和第二材料层形成一个反射膜组；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述DBR结构包含：第一区域及第二区域，所述第一区域和所述第二区域均包括所述反射膜组，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
可选地，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于，其中420nm。
可选地，在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度为，其中。
可选地，在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为；所述第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为，其中，。
可选地，所述反射膜组的数量介于6~19。
可选地，所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率。
可选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述发光外延层包括依次形成在所述蓝宝石衬底的第一表面上的缓冲层、N型GaN层、量子阱以及P型GaN层。
可选地，所述制备方法还包括：
对所述发光外延层、DBR结构以及衬底进行切割，获得单个的芯片；
提供封装支架，所述封装支架包括固晶区；
通过所述电极将所述芯片倒装在所述固晶区；
在所述封装凹槽中填充封装层以覆盖所述芯片，所述封装层的折射率与所述DBR结构的折射率不同。
可选地，在所述衬底的第二表面依次叠置具有不同折射率的第一材料层及二材料层，以形成DBR结构之前，还包括：在所述衬底的第二表面形成所述第二材料层。
可选地，所述分布式布拉格反射结构还包含第三区域，所述第三区域位于所述第二区域的上方，所述第三区域中的第二材料层的含氧量低于所述第一区域和所述第二区域中所述第二材料层的含氧量。
可选地，第一区域和第二区域中的第二材料层为TiO2层，第三区域中的第二材料层为TiOn层，其中，1.7≤n≤1.95。
根据本发明的第五方面，还提供了一种显示面板，其特征在于，包括多个半导体发光器件所述半导体发光器件为本发明所述的半导体发光器件。
如上所述，本发明提供的DBR结构、LED芯片、半导体发光器件及其制造方法及显示面板，至少具备如下有益技术效果：
本发明的DBR结构包括多个反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同，优选地，第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同。例如，本发明一实施例中，上述第一材料层为SiO2，第二材料层为TiO2层。在所述第一区域中，所述第一材料和所述第二材料层的光学厚度均介于~；在所述第二区域中，所述第一材料层的光学厚度介于~；第二材料层的光学厚度介于~。上述DBR结构中的第一区域实现对芯片内部的反射最大化，第二区域35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，从而降低芯片的正面透光率。本发明的DBR结构还可以包括设置在多个反射膜组的下方的第二材料层，该第二材料层作为DBR结构的起始层，在LED芯片上形成该DBR结构时，该第二材料层直接形成在芯片衬底上，可以防止芯片切割是崩边崩角的问题。
本发明的LED芯片包括上述DBR结构，因此能够实现芯片内部的光最大化地被反射，35°~45°及50°~55°的光较低地透射，从而降低芯片的正面透光率，本发明的LED芯片的发光角能够达到160°~170°。另外，本发明的LED芯片的衬底和上述DBR结构之间还可以形成有上述第二材料层，例如TiO2层，该第二材料层可以在防止芯片切割过程中发生芯片崩边崩角问题，有利于提高产品的合格率。
本发明的半导体发光器件包括封装支架、安装在封装支架的封装凹槽中的LED芯片以及覆盖LED芯片并填充封装凹槽的封装层。其中，LED芯片在衬底不形成发光外延层的一侧的表面上形成有DBR结构，该DBR结构为本发明上述的DBR结构。上述DBR结构中的第一区域实现对芯片内部的反射最大化，第二区域35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，从而降低芯片的正面透光率，降低半导体器件的漏光。
另外，形成有上述DBR结构之前，可以首先在LED芯片的衬底上形成上述第二材料层，这就使得DBR结构的下方以及DBR结构的终止层均为第二材料层，例如TiO2层，DBR结构下方衬底上方的TiO2层可以防止半导体器件制备时切割过程中发生芯片崩边崩角问题；DBR结构终止层的TiO2层与封装层在折射率上存在差异，可以进一步降低光的透射率，提高器件的光学性能。
由本发明的上述半导体发光器件形成的显示面板的漏光问题得以改善，提升了显示面板的显示效果。
附图说明
图1显示为布鲁斯特角的原理示意图。
图2显示为由于布鲁斯特角的存在造成的发光器件漏光的原理示意图。
图3a显示为本发明实施例一提供的分布式布拉格反射结构的示意图。
图3b显示为本发明实施例一的一可选实施例提供的分布式布拉格反射结构的示意图。
图4a显示为图3b所示的DBR结构包括25层材料层时材料层的光学厚度设置示意图。
图4b显示为图3b所示的DBR结构包括31层材料层时材料层的光学厚度设置示意图。
图4c显示为图3b所示的DBR结构包括39层材料层时材料层的光学厚度设置示意图。
图5a显示为具有实施例一的DBR结构的芯片、具有常规反射结构的芯片以及不具有反射结构的芯片的内部透射率对比图。
图5b~图5d分别显示为不具有反射结构的芯片、具有常规反射结构的芯片以及具有本发明的DBR结构的芯片的出光角示意图。
图6显示为本发明实施例二提供的LED芯片的结构示意图。
图7显示为本发明实施例三提供的半导体发光器件的结构示意图。
图8显示为图7所示的半导体发光器件的制备方法的流程示意图。
图9显示为在衬底正面形成发光外延层的结构示意图。
图10显示为在发光外延层中形成台面结构并形成电极的结构示意图。
图11显示为在衬底背面形成DBR结构的示意图。
图12显示为本发明实施例五提供的分布式布拉格反射结构的示意图。
图13显示为具有实施例一的DBR结构的芯片和具有实施例五的DBR结构的芯片的内部透射率对比图。
附图标记列表
实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1所示，自然光1在电介质界面10上反射和折射时，一般情况下反射光2和折射光3都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光2才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布鲁斯特角或起偏角，用θb表示。此规律称为布鲁斯特律。
在发光器件，例如LED中，如图2所示，当光自位于衬底01上的发光外延层02入射至封装层04时，经过发光外延层02和封装层04之间的反射结构03时，由于布鲁斯特角的存在，导致在LED封装体内部，光不能100%被反射，因此发光器件存在漏光的现象。也就是说，上述反射结构仅仅考虑了芯片端的反射，并未考虑封装后在终端应用中的芯片内部的反射。在芯片封装后的应用端，芯片的正面仍有较大的漏光，会形成热点，影响终端产品的光学性能。基于此，本发明提供了一种新的反射结构，现通过如下具体实施例进行详细描述。
实施例一
本实施例提供一种分布式布拉格反射结构，如图3a所示，本实施例的分布式布拉格反射结构100（DBR结构）包括反射膜组1001，每一个反射膜组1001均包括依次叠置的第一材料层1011及第二材料层1012，第一材料层1011及第二材料层1012的折射率不同。在本实施例的可选实施例中，在反射膜组的堆叠方向上，所述分布式布拉格反射结构100进一步包括：第一区域101及第二区域102，并且，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
在本实施例的优选实施例中，第一材料层1011的折射率小于第二材料层1012的折射率。例如，所述第一材料1011为折射率在1.4~1.5之间的SiO2层，上述第二材料层1012为折射率为2.42的TiO2层。并且，在所述第二区域中，所述第一材料层的光学厚度之和大于所述第二材料层的光学厚度之和。
在可选实施例中，反射膜组的数量大约为6~19，第一区域和第二区域的反射膜组数量可以根据相同也可以不同，具体可以根据LED芯片的出光波长进行设置。如上所述，第一材料层1011在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层1012在所述第一区域和所述第二区域同样具有不同的光学厚度范围。优选地，上述DBR结构中的第一材料层和第二材料层的光学厚度均大于/4，优选地，420nm。在优选实施例中，第一区域101中第一材料层1011和第二材料层1012的光学厚度为，。即，在第一区域101中，可以在该范围内设置第一材料层1011和第二材料层1012的光学厚度，二者的具体光学厚度由其物理厚度及材料本身的折射率决定。第二区域102中，第一材料层层1011和第二材料层1012具有不同的光学厚度范围，第一材料层1101的光学厚度为，所述第二材料层的光学厚度为，其中，，。即，在第二区域102中，可以在上述不同的光学厚度范围内设置第一材料层1011和第二材料层1012的光学厚度，二者的具体光学厚度同样由其物理厚度及材料本身的折射率决定。
上述DBR结构应用与发光器件，例如LED器件中时，第一区域101形成在LED器件中芯片的出光面上，第二区域102形成在第一区域101上方。具有如上设计的第一区域101主要起到对LED芯片出射的光进行反射，该第一区域101对于LED出射的光的大部分能够进行反射，然而，在布鲁斯特角附近，33°~55°范围内仍存在大量的透光现象；而位于第一区域101上方的上述第二区域102，通过对其中第一材料层和第二材料层的光学厚度的设置，使得第二区域的反射膜组对偏向LED芯片35°~ 45°及50°~ 55°的光具有较低的透射率，由此抑制了器件在35°~ 45°及50°~ 55°之间的光出射。通过第一区域和第二区域的相互作用，本实施例的DBR结构最终能够减少LED芯片的正面漏光，由此能够减少LED封装器件的正面漏光，提高出光率。
如图3b所示，在本实施例的一可选实施例中，DBR结构还包括设置在第一区域下方的第二料层1012。即，该DBR结构包括第二材料层1012以及设置在该第二材料层上方的反射膜组1001，该第二材料层同样作为DBR结构的第一区域的一部分。并且该第二材料层与反射膜组中的第二材料层为相同的材料层，并且其光学厚度设置可以与第一区域中第二材料层的光学厚度的设置相同。
在图3b所示的DBR结构中，第一层即起始层为第二材料层。由于反射膜组是依次叠置的第一材料层和第二材料层，因此，在DBR结构的最后一层，即终止层也同样为第二材料层。该可选实施例中DBR结构的反射膜组的数量同样可以是6~19，因此，该DBR结构的材料层数介于13~39层。
实施例二
本实施例提供一种LED芯片，如图6所示，该LED芯片300包括衬底301，该衬底301包括相对设置的第一表面和第二表面；形成在衬底301的第一表面上的发光外延层，以及形成在衬底301的第二表面上的DBR结构。
本实施例中，上述发光外延层可以包括依次形成在衬底301的第一表面上的第一半导体层303、量子阱层304及第二半导体层305，在衬底第一表面与第一半导体层303之间还形成有缓冲层302。以GaN外延层为例，上述第一半导体层为n型GaN，第二半导体层为p型GaN。如图6所示，该LED芯片还包括形成在所述发光外延层上方的电极306，该电极306包括分别与第一半导体层303和第二半导体层305连接的第一电极3061和第二电极3062，以及覆盖所述发光外延层以及电极结构的绝缘保护层307。
形成在衬底301的第二表面上的DBR结构可以是上述实施例一提供的图3a或者图3b所示的DBR结构100。关于该DBR结构的特征，可以参照实施例一的描述。
另外，在本实施例的可选实施例中，在图3a和图3b所示的DBR结构中，反射膜组的数量介于6~19。结合图4a~图4c，其中第一区域中至少包括三层第一材料层，这至少三层第一材料层的光学厚度差小于30 nm；第一区域至少包括三层第二材料层，这至少三层第二材料层的光学厚度差同样小于30 nm。第二区域同样包括至少三层第一材料层，至少三层第二材料层，至少三层第一材料层中，其中至少有一层第一材料层的光学厚度在135 nm以下，其余第一材料层中，至少有一层第一材料层的光学厚度在175 nm以上；至少三层第二材料层中，其中至少有一层第二材料层的光学厚度在135 nm以下。可选地，第二区域的至少三层的各层第一材料层具有一最大光学厚度D11以及一最小光学厚度D12，并且D11和D12之间满足如下关系：D11-D12≥60nm。当第一材料层为SiO2层时，由于SiO2材料自身的特点，厚度过大容易造成DBR结构崩裂，使得DBR结构失去反射效果，因此优选地，120nm≥D11-D12≥60nm。第二区域同样至少包含三层第二材料层，这至少三层第二材料层中，各层第二材料层之间同样具有一最大光学厚度D21及一最小光学厚度D22，并且D11和D12之间满足如下关系：D21-D22≥30nm，优选地，70nm≥D21-D22≥30nm。更加优选地，形成上述DBR结构的反射模组中的第一材料层在第一区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第一区域中的光学厚度差存在一最大值，该最大值记为第一区域的光学厚度差最大值，反射模组中的第一材料层在第二区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第二区域中的光学厚度差同样存在一最大值，该最大值记为第二区域的光学厚度差最大值，第一区域的光学厚度差最大值小于第二区域的光学厚度差最大值。
如图4a~图4c所示，分别示出了DBR结构分别包括25层、31层及39层材料层时各材料层的光学厚度分布。由图4a~4c可以看出，在第一区域和第二区域，第一材料层1011的光学厚度分布在不同的光学厚度范围内，但是总体上，第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于，其中420nm。并且，虽然图4a~图4c所示的各DBR结构的总的材料层数不同，但是在不同的DBR结构的第一区域和第二区域中，各材料层的光学厚度范围是一致的。例如，在第一区域，第一材料层和第二材料层的光学厚度范围均介于；第二区域102中，第一材料层层1011和第二材料层1012具有不同的光学厚度范围，第一材料层1101的光学厚度介于，第二材料层的光学厚度介于。另外，具有不同材料层数的DBR结构中各材料层的具体的光学厚度是不同的，这需要根据材料层数、各材料层的物理厚度以及材料本身的折射率、芯片出射光的波长等各种因素综合确定。
另外，如上所述，由于本实施例的DBR结构包括第二材料层以及位于第二材料层上方的依次叠置的第一材料层和第二材料层，这就使得DBR结构的起始层和终止层均为第二材料层，例如本实施例所述的TiO2层。因此该可选实施例的DBR结构在实现上述减少器件正面漏光的同时，位于芯片出光面上的第二材料层TiO2层可防止芯片切割时，芯片崩边崩角的问题。最后一层的第二材料层TiO2层的折射率与LED发光器件的封装层折射率存在差异，能够进一步提升反射效果，进一步降低器件的正面漏光。
为了验证具有上述DBR结构的LED芯片的出光效果，本实施例中，将具有本实施例上述DBR结构的LED芯片、具有常规反射结构的LED芯片以及不具有任何反射结构的LED芯片内部透射率以及发光角进行了测试对比，其中的芯片以波长为450 nm的LED芯片为例。图5a示出了无反射结构的芯片、具有常规反射结构的芯片以及具有本发明的DBR结构的芯片的内部透射率对比图，图5b~图5d分别示出了不具有反射结构的芯片、具有常规反射结构的芯片以及具有本发明的DBR结构的芯片的出光角。其中该DBR结构为图3b所示的DBR结构。
在图5a中，常规反射结构是指具有不同折射率的第一材料层（例如TiO2）和第二材料SiO2交替堆叠形成的反射结构。为了更好地显示对比效果，不同的反射结构的膜层数量是相同的。图5a中，常规反射结构包括第一TiO2/ SiO2膜组和第二TiO2/ SiO2膜组，其中第一和第二TiO2/ SiO2膜组的数量均为6，第一TiO2/ SiO2膜组中TiO2的光学厚度为41.2 nm，SiO2的光学厚度为69.5 nm，第二TiO2/ SiO2 中TiO2的光学厚度为50.5 nm，SiO2的光学厚度为85.2 nm。具有本实施例的DBR结构的LED芯片中DBR结构的反射膜组的数量同样为12。
由图5a可以看出，相对于未设置任何反射结构的LED芯片来说，常规的DBR结构能够显著降低LED芯片内部的透射率，但是在布鲁斯特角及其附近（35~55°），LED芯片的内部透射率仍然高达50%左右。具有本发明的DBR结构的LED芯片在布鲁斯特角及其附近（35~55°）的透射率显著降低，尤其在35°~ 40°及50°~ 55°附近，LED芯片的正面透射率显著降低。参照图5b~图5d，无任何反射结构的LED芯片的出光角大约为130°~140°，LED芯片的正面漏光严重；具有常规的DBR结构的LED芯片的出光角大约为150°~160°，在布鲁斯特角及其附近（35~55°），LED芯片的漏光仍然较为严重；具有本发明图3b所示的DBR结构的LED芯片，布鲁斯特角及其附近（35~55°）LED芯片的透射率显著降低，尤其在35°~ 40°及50°~ 55°附近，LED芯片的正面透射率显著降低，LED芯片的出光角达到160°~170°。由此可见，本发明的DBR结构能够显著降低LED芯片的内部的正面透射率，由此降低LED发光器件的正面漏光，提高器件的显示效果。
由于设置了上述DBR结构，本实施例的LED芯片在布鲁斯特角及其附近，即图6所示的角度θ（35≤θ≤55°）的透射率显著降低，尤其在35°~ 40°及50°~ 55°附近，LED芯片的正面透射率显著降低，LED芯片的正面漏光现象得到抑制，出光角达到160°~170°。
实施例三
本实施例提供一种半导体发光器件，如图7所示，该半导体发光器件200包括：
封装支架201，该安装支架201可以是任意适合安装固定LED芯片的安装支架。如图7所示，在本实施例的可选实施例中，封装支架201在安装层一侧设置有固晶区，该固晶区用于安装LED芯片，在本实施例中上述固晶区以封装凹槽为例，当然也可以是其他任意形式的固晶区。封装支架201安装侧的底部设置有电极层202，该电极层202包括间隔设置的两个电极层，分别与LED芯片的电极连接。
LED芯片300，参照图6并结合图7~图11，该LED芯片300包括：
衬底301，衬底301包括相对设置的第一表面和第二表面；
形成在所述第一表面上的发光外延层，在可选实施例中，该发光外延层包括依次形成在衬底的第一表面上的第一半导体层303、量子阱层304及第二半导体层305，在衬底第一表面与第一半导体层303之间还形成有缓冲层302。
形成在所述发光外延层上方的电极306以及覆盖在电极上方及发光外延层上方的绝缘保护层307，该电极306包括分别与第一半导体层303和第二半导体层305连接的第一电极3061和第二电极3062。
以及形成在所述衬底的第二表面上的DBR结构，所述LED芯片通过所述电极倒装在所述封装凹槽中；如图7所示，LED芯片通过电极306连接至封装支架201的电极层上。具体地，电极306的第一电极和第二电极分别与电极层202的两个电极层连接。以及
封装层400，所述封装层覆盖所述DBR结构及所述LED芯片并填充封装支架的封装凹槽。
在本实施例中，上述DBR结构包括：反射膜组，或者，还包括设置在多个反射膜组下方的第二材料层。所述反射膜组包括依次叠置的第以材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；并且，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同。
本实施例的上述DBR结构与实施例一及实施例二中的DBR结构相同，并且其中的第一区域直接设置在衬底301的第二表面上，第二区域设置在第一区域上。关于DBR的具体结构及设置在此不再赘述，可参照上述实施例一及实施例二的详细描述。
同样参照图5a~同样5d，具有上述DBR结构的LED芯片在在布鲁斯特角及其附近，尤其在35°~ 40°及50°~ 55°附近，LED芯片的内部透射率显著降低，LED芯片的出光角达到160°~170°。由此可见，本发明的DBR结构能够显著降低LED芯片的内部的正面透射率，由此降低LED发光器件的正面漏光，提高器件的出光率。
本实施例还同时提供了上述半导体发光器件的制造方法，如图8所示，该方法包括以下步骤：
S100：提供衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；如图9所示，该衬底301可以是任意适合形成外延层的衬底，在本实施例中，该衬底301为适合生长GaN外延层的蓝宝石衬底。
S200：在所述衬底的第一表面形成发光外延层；如图9所示，在衬底301的第一表面上依次形成第一半导体层303、量子阱层304以及第二半导体层305。在可选实施例中形成第一半导体层之前，还包括在衬底301的第一表面上形成缓冲层302的步骤。以形成GaN外延层为例，上述第一半导体层为n型GaN，第二半导体层为p型GaN。
S300：在所述发光外延层上方形成电极；参照图10，形成上述外延层之后，首先刻蚀外延层在衬底301的第一表面上形成外延层的台面结构，相邻的台面结构间隔设置，并且每一个台面结构均包括p型台面和n型台面，p型台面最上方为p型GaN，n型台面最上方为n型GaN。然后分别在n型台面和p型台面上方形成第一电极3061和第二电极3062，以形成电极306结构。
S400：在所述衬底的第二表面依次叠置具有不同折射率的第一材料层及第二材料层以形成DBR结构，相邻的第一材料层和第二材料层形成一个反射膜组；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述DBR结构包含：第一区域及第二区域，所述第一区域和所述第二区域均包括多个所述反射膜组，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围：
同样可参照图3a，在所述衬底的第二表面依次形成多个反射膜组，每一个所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层1011及所述第二材料层1012以形成第一区域101。
然后，在所述第一区域101上方继续依次形成多个反射膜组以形成第二区域102。第一材料层1011及第二材料层1012的折射率不同，并且，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同。
形成的上述DBR结构为本发明实施例中图3a所示的DBR结构，如实施例一所述，该DBR结构的第一区域101对于LED出射的光的大部分能够进行反射，然而，在布鲁斯特角附近，33°~55°范围内仍存在大量的透光现象；而位于第一区域101上方的上述第二区域102，通过对其中第一材料层和第二材料层的光学厚度的设置，使得第二区域的反射膜组对35°~45°及50°~ 55°的光具有较低的透射率，由此抑制了器件在35°~ 45°及50°~ 55°之间的光出射。通过第一区域和第二区域的相互作用，本实施例的DBR结构最终能够减少LED芯片的正面漏光，由此能够减少LED封装器件的正面漏光，提高出光率。
在本实施例的可选实施例中，形成上述DBR结构的步骤还包括在形成多个反射膜组之前，首先在衬底301的第二表面上形成第二材料层。之后在该第二材料层上方形成多个反射膜组，该第二材料层构成第一区域的一部分。该可选实施例形成的DBR结构为实施例一中图3b所示的DBR结构。如实施例一所述，DBR结构中，第一层即起始层为第二材料层。由于反射膜组是依次叠置的第二材料层和第一材料层，因此，在DBR结构的最后一层，即终止层也同样为第二材料层，例如本实施例所述的TiO2层。因此该可选实施例的DBR结构在实现上述减少器件正面漏光的同时，位于芯片出光面上的第二材料层TiO2层可防止芯片切割时，芯片崩边崩角的问题。最后一层的第二材料层TiO2层与LED发光器件的封装层有折射率差异，能够进一步提升反射效果，进一步降低器件的正面漏光。
形成图11所示的结构之后，还包括如下步骤：
对所述发光外延层、DBR结构以及衬底进行切割，获得单个的芯片；结合图11和图6，沿图11所示的台面结构之间的区域进行切割，获得图6所示LED芯片。
提供封装支架，所述封装支架包括固晶区；如图7所示，该安装支架201可以是任意适合安装固定LED芯片的安装支架。如图7所示，在本实施例的可选实施例中，封装支架201的固晶区形成为封装凹槽，该封装凹槽用于容纳并安装LED芯片。封装支架201安装侧的底部设置有电极层202，该电极层202包括间隔设置的两个电极层。
通过所述电极结构将所述芯片倒装在所述封装凹槽中；将LED芯片的第一电极3061和第二电极3062分别连接至封装支架的电极层202。
在所述封装凹槽中填充封装层以覆盖所述芯片，所述封装层的折射率与所述DBR结构的折射率不同。同样参照图7，该封装层均匀填充封装凹槽，并且包围覆盖LED芯片及DBR结构。在可选实施例中，该封装层400可以是硅胶，硅胶的折射率大约介于1.41~1.53。
同样可参照图5a~图5d，具有本发明的DBR结构的LED芯片在布鲁斯特角及其附近，尤其35°~ 40°及50°~ 55°范围内LED芯片的内部透射率显著降低，出光角显著增大，可达160°~170°。由此可见，本发明的DBR结构能够显著降低LED芯片的内部的正面透射率，由此降低LED发光器件的正面漏光，提高器件的显示效果。
另外，如上所述，当形成的所述DBR结构为图3b所述的DBR结构时，其第一层和终止层均为第二材料层，例如氧化钛层，起始层的TiO2层可以防止半导体器件制备时切割过程中发生芯片崩边崩角问题；终止层的TiO2层与封装层在折射率上存在差异，可以进一步降低光的透射率，提高器件的光学性能。
实施例四
本实施例提供一种显示面板，该显示面板包括半导体发光器件以及控制单元，例如该显示面板可以是液晶显示面板，半导体发光器件用于液晶显示面板的背光源。在可选实施例中，上述半导体发光器件为本发明实施例三所述的半导体发光器件。关于该半导体发光器件的结构在此不再赘述，可参照上述实施例三的描述。上述控制单元用于控制半导体发光器件的点亮或者关闭等等相关功能。
实施例五
本实施例提供一种分布式布拉格反射结构。与实施例一所述的DBR结构不同的是，本实施例所述DBR结构还进一步包括第三区域103，在膜堆结构的堆叠方向上，第三区域103位于第二区域102的上方，包括多个反射膜组。
如图12所示，在本实施例的可选实施例中，DBR结构100中每一个反射膜组1001均包括依次叠置的第一材料层1011和第二材料层1012，该第一材料层1011和第二材料层1012具有不同的折射率。
在本实施例中，形成上述DBR结构的第一材料层的折射率小于第二材料层的折射率，形成第一材料层和第二材料层的材料均可以是氧化物，例如形成第一材料层1011的可以是折射率在1.4~1.5之间的SiO2，形成第二材料层1012的高折射率的材料，例如氧化钛。在优选实施例中，第一、第二区域中的第二材料层的含氧量高于第三区域中第二材料层的含氧量，例如第一、第二区域中的第二材料层可以是TiO2，而第三区域中的第二材料层可以是TiOn，其中，1.7≤n≤1.95。在可选实施例中，第一区域101中反射膜组的数量大约为3~15，第二区域102中反射膜组的数量大约为3~15，第三区域103中反射膜组的数量大约为3~15，第一区域、第二区域和第三区域中反射膜组的数量可以相同也可以不同，具体可以根据发光结构发射的光的波长以及形成反射膜组的材料不同来设置。在优选实施例中，第三区域103的第一材料层1011的厚度范围介于70 nm~150 nm，第三区域的第二材料层1023的厚度范围介于35 nm~ 70 nm。
如上所述，图12所示的DBR结构中，形成第一、第二区域的第二材料层与形成第三区域的第二材料层中的所述氧化物的氧含量不同，例如，本发明一实施例中，第三区域中的第二材料层的氧含量低于第一、第二区域的第二材料层的氧含量。上述DBR结构中的第一区域实现对芯片内部的反射最大化，第二区域对布儒斯特角附近的光具有较低的透射率，第三区域增加对布儒斯特角以及附近的光的吸收，从而降低芯片的正面透光率。
图12所示的DBR结构应用于发光器件，例如LED器件中时，上述第一、第二区域的DBR反射膜组依次形成在LED器件中的出光面上，第三区域的DBR反射膜组形成在第二区域的DBR反射膜组上方。其中，第一、第二区域的DBR膜堆结构能够使LED芯片内部的反射最大化；第三区域的DBR膜堆结构中的第二材料层相对于第一、第二区域的DBR膜堆结构中第二材料层的氧含量降低，能够增加布儒斯特角以及其附近光的吸收。通过以上两方面的作用，减少LED芯片的正面漏光，提高出光率。
图13示出了具有实施例一所述的DBR结构的芯片以及具有本实施例所述DBR结构的芯片的内部透射率对比图。如图13所示，具有实施例一的DBR结构的LED芯片在布鲁斯特角及其附近（35~55°）的透射率显著降低，但是在45~50°附近仍然有近50%的透射率。具有实施例五的DBR结构（即，在第二区域的DBR膜堆结构的基础上增加设置第三区域的DBR膜堆结构）的LED芯片在布鲁斯特角及其附近（35~55°），LED芯片的内部透射率显著降低，降低至15%左右，由此可以进一步降低LED发光器件的正面漏光。
如上所述，本发明提供的DBR结构、半导体发光器件及其制造方法及显示面板，至少具备如下有益技术效果：
本发明的DBR结构包括多个反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域的光学厚度范围不同。例如，本发明一实施例中，上述第一材料层为SiO2，第二材料层为TiO2层。在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均介于~；在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度介于~；第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度介于~。上述DBR结构中的第一区域实现对芯片内部的反射最大化，第二区域对35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，从而降低芯片的正面透光率。本发明的DBR结构还可以包括设置在多个反射膜组的下方的第二材料层，该第二材料层作为DBR结构的起始层，在LED芯片上形成该DBR结构时，该第二材料层直接形成在芯片衬底上，可以防止芯片切割是崩边崩角的问题。
本发明的DBR结构还可以包括位于第二区域上方的第三区域，该第三区域中的第二材料层的含氧量低于第一区域和第二区域中第二材料层的含氧量，第三区域能够增加对布儒斯特角附近的光的吸收，由此进一步降低芯片的正面透光率。
本发明的LED芯片包括上述DBR结构，因此能够实现芯片内部的光最大化地被反射，35°~45°及50°~55°的光较低地透射，从而降低芯片的正面透光率，本发明的LED芯片的发光角能够达到160°~170°。另外，本发明的LED芯片的衬底和上述DBR结构之间还可以形成有上述第二材料层，例如TiO2层，该第二材料层可以在防止芯片切割过程中发生芯片崩边崩角问题，有利于提高产品的合格率。
本发明的半导体发光器件包括封装支架、安装在封装支架的固晶区的LED芯片以及覆盖LED芯片并填充封装凹槽的封装层。其中，LED芯片在衬底不形成发光外延层的一侧的表面上形成有DBR结构，该DBR结构为本发明上述的DBR结构。上述DBR结构中的第一区域实现对芯片内部的反射最大化，第二区域35°~45°及50°~55°的光具有较低的透射率，从而降低芯片的正面透光率，降低半导体器件的漏光。
另外，形成有上述DBR结构之前，可以首先在LED芯片的衬底上形成上述第二材料层，这就使得DBR结构的下方以及DBR结构的终止层均为第二材料层，例如TiO2层，DBR结构下方衬底上方的TiO2层可以防止半导体器件制备时切割过程中发生芯片崩边崩角问题；DBR结构终止层的TiO2层与封装层在折射率上存在差异，可以进一步降低光的透射率，提高器件的光学性能。
由本发明的上述半导体发光器件形成的显示面板的漏光问题得以改善，提升了显示面板的显示效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (21)

1.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括： 衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面； 形成在所述第一表面上的发光外延层；以及 形成在所述衬底的第二表面上的分布式布拉格反射结构，所述分布式布拉格反射结构包括：
多个反射膜组，一个反射膜组由相邻的第一材料层和第二材料层形成，所述第一材料层的折射率低于所述第二材料层的折射率；
其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均介于420nm/4～550nm/4；在所述第二区域中，所述第一材料层的第一光学厚度介于420nm/4～700nm/4；第二材料层的第二光学厚度介于420nm/4～900nm/4。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：所述第一材料层为SiO2，第二材料层为TiO2层。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于：在所述第二区域中，所述第一材料层的光学厚度之和大于所述第二材料层的光学厚度之和。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述反射膜组中的第一材料层在第一区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第一区域中的光学厚度差中的最大值小于所述反射膜组中第一材料层在第二区域的光学厚度差和所述第二材料层在所述第二区域中的光学厚度差中的最大值。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于λ0/4，其中420≤λ0≤470nm。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均为λ1/4，其中λ1≤550nm。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为λ2/4；第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为λ3/4，其中λ2≤900nm，λ3≤700nm。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述反射膜组的数量介于6～19。
9.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一区域至少包括三层第一材料层，至少三层所述第一材料层的光学厚度差小于30nm。
10.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第一区域至少包括三层第二材料层，至少三层所述第二材料层的光学厚度差小于30nm。
11.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第二区域至少包含三层所述第一材料层，其中至少有一层所述第一材料层的光学厚度在135nm以下，其余第一材料层中至少有一层所述第一材料层的光学厚度在175nm以上。
12.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第二区域至少包含三层所述第一材料层，至少三层所述第一材料层具有一最大光学厚度D11和一最小光学厚度D12，D11和D12满足：D11-D12≥60nm。
13.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
所述第二区域至少包含三层所述第二材料层，至少三层所述第二材料层具有一最大光学厚度D21和一最小光学厚度D22，D21和D22满足：D21-D22≥30nm。
14.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，
沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围。
15.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括： 衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面； 形成在所述第一表面上的发光外延层；以及 形成在所述衬底的第二表面上的分布式布拉格反射结构，所述分布式布拉格反射结构包括：
反射膜组，所述反射膜组包括依次叠置的第一材料层和所述第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的折射率不同；
其中，沿所述反射膜组的堆叠方向，所述分布式布拉格反射结构包含：第一区域及第二区域，所述第一材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第二材料层在所述第一区域和所述第二区域具有不同的光学厚度范围，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均大于λ0/4，其中420≤λ0≤470nm。
16.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
在所述第一区域中，所述第一材料层和所述第二材料层的光学厚度均为λ1/4，其中λ1≤550nm。
17.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
在所述第二区域中，所述第一材料层具有第一光学厚度，所述第一光学厚度为λ2/4；第二材料层具有第二光学厚度，所述第二光学厚度为λ3/4，其中λ2≤900nm，λ3≤700nm。
18.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
所述反射膜组的数量介于6～19。
19.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
所述第一材料层的折射率小于所述第二材料层的折射率。
20.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
还包括形成在所述反射膜组下方的所述第二材料层。
21.根据权利要求15所述的分布式布拉格反射结构，其特征在于，
所述分布式布拉格反射结构还包含第三区域，所述第三区域位于所述第二区域的上方，所述第三区域中的第二材料层的含氧量低于所述第一区域和所述第二区域中所述第二材料层的含氧量。
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