一种布拉格反射镜及具有布拉格反射镜的发光二极管的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种布拉格反射镜及具有布拉格反射镜的发光二极管。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode，简称led)是一种半导体材料制成的固态发光组件，其普遍使用磷化镓、砷化镓或氮化镓等iii-v族化学元素的组合，通过对此化合物半导体施加电压，使空穴和电子在电极电压作用下在发光层大量相遇而产生复合，此时电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的模式释放，让电能转换为光，达成发光的效果。
3.现有技术中的应用于发光二极管芯片的布拉格反射镜包含两层，第一层和第二层均包含多组低折射率材料和高折射率材料组，为了提升反射率，第二层的材料组厚度远大于第一层材料组厚度，通过两层结构的布拉格反射镜只能使对应波长的蓝光、红光、绿光中的一种或两种光型的反射率大于95％，无法实现一款布拉格反射镜同时可以反射紫光、蓝光、绿光、红光以及白光，因此不同光型的产品需要应用不同程序的布拉格反射镜工艺，机台稼动率低。


技术实现要素：

4.基于此，本发明的目的是提供一种布拉格反射镜及具有布拉格反射镜的发光二极管，解决背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
5.本发明提供一种布拉格反射镜，包括依次层叠设置：
6.单材料层：单层低折射率材料；
7.第一复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；
8.第二复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；
9.第三复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；
10.其中，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；
11.第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。
12.进一步的，单材料层的单层低折射率材料厚度为
13.进一步的，第一复合层、第二复合层和第三复合层均包括5-15组高折射率和低折射率交替层叠的材料组，其中，每组材料组包括一层高折射率材料和一层低折射率材料。
14.进一步的，第一复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为
15.进一步的，第二复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为
16.进一步的，第三复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材
料厚度为
17.本发明另一方面还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，发光二极管为正装发光二极管，发光二极管包括衬底、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层及权利要求1至6任意一项的布拉格反射镜；
18.其中，布拉格反射镜的单材料层位于衬底背离外延层的一侧。
19.本发明另一方面还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，发光二极管为倒装发光二极管，发光二极管包括衬底、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层、焊盘层及权利要求1至6任意一项的布拉格反射镜；
20.其中，布拉格反射镜介于外延层与焊盘层之间。
21.本发明另一方面还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，发光二极管为垂直发光二极管，发光二极管包括pad导电层、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、键合层、转移基板及权利要求1至6任意一项的布拉格反射镜；
22.其中布拉格反射镜介于外延层及转移基板之间。
23.本发明另一方面还提供一种具有布拉格反射镜的发光二极管，发光二极管为垂直倒装发光二极管，发光二极管包括连接电极层、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层、键合层、转移基板及权利要求1至6任意一项的布拉格反射镜；
24.其中布拉格反射镜介于外延层及转移基板之间。
附图说明
25.图1为本发明第一实施例中布拉格反射镜材料厚度示意图；
26.图2为本发明第一实施例中布拉格反射镜截面示意图；
27.图3为本发明第一实施例中布拉格反射镜5
°
角的光谱示意图；
28.图4为本发明第一实施例中布拉格反射镜65
°
角的光谱示意图；
29.图5为本发明第二实施例中发光二极管截面示意图；
30.图6为本发明第三实施例中发光二极管截面示意图；
31.图7为本发明第四实施例中发光二极管截面示意图；
32.图8为本发明第五实施例中发光二极管截面示意图；
33.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
34.主要元件符号说明：
[0035][0036]
具体实施方式
[0037]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0038]
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0039]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0040]
实施例一
[0041]
布拉格反射镜反射原理为在布拉格反射镜的两材料的每个界面处都发生菲涅尔反射。在工作波长时，两个相邻界面处反射光的光程差为半个波长，另外，界面处的反射系数的符号也会发生改变。因此，在界面处的所有反射光发生相消干涉，得到很强的反射。反
射率是由材料的层数和材料之间的折射率差决定的。反射带宽则主要由折射率差决定。
[0042]
请参阅图2，所示为本实施例中的布拉格反射镜截面示意图，包括布拉格反射镜单材料层61、布拉格反射镜第一复合层62、布拉格反射镜第二复合层63、布拉格反射镜第三复合层64、其中，布拉格反射镜第一复合层62包括第一复合层高折射率材料621、第一复合层低折射率材料622，布拉格反射镜第二复合层63包括第二复合层高折射率材料631、第二复合层低折射率材料632，布拉格反射镜第三复合层64包括第三复合层高折射率材料641、第三复合层低折射率材料642。
[0043]
如图1所示，其中，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增，且单材料层的低折射材料远大于第一复合层；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高折射率与低折射率材料叠加的材料组，使得布拉格反射镜能够反射多种光源，从而提升工艺稳定性和机台稼动率。
[0044]
如图3和图4所示为现有技术及本实施的布拉格反射镜在小角度5
°
以及大角度65
°
的光谱示意图；现有技术中，两段式的布拉格反射镜在部分波长下的反射效果差，只能在反射蓝光、红光、绿光中的一种或两种光型取得较好的效果。本实施例中的四层结构的布拉格反射镜，能够在小角度下反射380-800nm的光，在大角度下任可反射380-700nm的光，反射率均大于99％；在该波长范围内包括紫光、蓝光、绿光、红光等光型，从而本实施例中的布拉格反射镜能够实现紫光、蓝光、绿光、红光产品同炉作业，提升工艺稳定性和机台稼动率。
[0045]
进一步的，布拉格反射镜单材料层的单层低射率材料厚度为第一复合层、第二复合层和第三复合层均包括5-15组高折射率射率和低折射率材料交替层叠的材料组，每组材料包括一层高折射率的材料和一层低折射率材料。其中，布拉格反射镜的第一复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为第二复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为第三复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为其中，根据上述的每层反射镜的厚度分布，使得布拉格反射镜形成短中长的应力缓冲结构。当布拉格反射镜受热后，相对于现有技术中两层式的结构，第二层材料形变大于第一层材料形变，从而导致顶层材料破裂脱落，本实施例中的四层结构可有效避免顶层的材料破裂，导致布拉格反射镜脱落的风险。
[0046]
可以理解的，本实施例中的布拉格反射镜可利用单材料层做绝缘保护层，由于单材料层的低折射率材料厚度较大，所以单材料层可以完全包覆芯片，避免布拉格反射镜破裂后外界水汽沿裂缝进入，造成芯片失效，提升了芯片可靠性。在一些其他可选实施例中，布拉格反射镜可应用于正装结构发光二极管、倒装结构发光二极管、垂直结构发光二极管、垂直倒装结构发光二极管等光电器件，提高光电器件可靠性。
[0047]
本实施例中的布拉格反射镜中，高折射率材料均为ti3o5，低折射率材料均为sio2。sio2的折射率为1.47，ti3o5的折射率为2.53。制备过程中，首先利用pecvd(物理化学气相沉积)工艺制备布拉格反射镜的单材料层单层低折射率材料，再利用电子束蒸镀工艺依次制备第一复合层、第二复合层和第三复合层的高折射率射率和低折射率材料交替层叠的材料组。
[0048]
具体制备方法包括如下步骤s1-s4：
[0049]
s1、在需要制作布拉格反射镜的发光二极管晶圆表面制备布拉格反射镜的单材料层61，单材料层为利用pecvd(物理化学沉积)工艺制备的单层低折射率材料，单层低折射率材料厚度为低折射率材料为sio2。利用pecvd工艺制备单层低折射率材料，使得其具有极高的致密性，进而对芯片起绝缘保护作用。
[0050]
s2、接着利用电子束蒸镀工艺制备布拉格反射镜的第一复合层62，首先蒸镀第一复合层第一组中的高折射率材料621，然后蒸镀第一组中的低折射率材料622，然后交替蒸镀8组高折射率材料621和低折射率材料622的材料组，布拉格反射镜第一复合层每组中的高折射率材料厚度相同，均为布拉格反射镜第一复合层每组中的低折射率材料厚度相同，均为拉格反射镜第一复合层每组中的高折射率材料均为ti3o5，低折射率材料均为sio2。
[0051]
s3、接着继续利用电子束蒸镀工艺制备布拉格反射镜的第二复合层63，首先蒸镀第二复合层第一组中的高折射率材料631，然后蒸镀第一组中的低折射率材料632，然后交替蒸镀9组高折射率材料631和低折射率材料632的材料组，布拉格反射镜第二复合层每组中的高折射率材料厚度相同，均为布拉格反射镜第二复合层每组中的低折射率材料厚度相同，均为拉格反射镜第二复合层每组中的高折射率材料均为ti3o5，低折射率材料均为sio2。
[0052]
s4、接着继续利用电子束蒸镀工艺制备布拉格反射镜的第三复合层64，首先蒸镀第三复合层第一组中的高折射率材料641，然后蒸镀第一组中的低折射率材料642，然后交替蒸镀8组高折射率材料641和低折射率材料642的材料组，布拉格反射镜第三复合层每组中的高折射率材料厚度相同，均为布拉格反射镜第三复合层每组中的低折射率材料厚度相同，均为拉格反射镜第二复合层每组中的高折射率材料均为ti3o5，低折射率材料均为sio2。
[0053]
综上，本发明上述实施例当中的布拉格反射镜，包括单材料层、第一复合层、第二复合层和第三复合层，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，实现整个布拉格反射镜能够反射多种光源，从而解决了背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
[0054]
实施例二
[0055]
请参见图5，所示为本实施例为本实施例发光二极管截面示意图，本实施例中的发光二极管包括上述实施例一中的布拉格反射镜。
[0056]
本实施例中的发光二极管为正装二极管，包括，布拉格反射镜第三复合层64、布拉格反射镜第二复合层63、布拉格反射镜第一复合层62、布拉格反射镜单材料层61、衬底71、外延层72、电流阻挡层73、电流扩展层74、pad导电层75；外延层61包括n型半导体层721、有源发光层722、p型半导体层723。
[0057]
其中，布拉格反射镜单材料层61位于衬底71背离外延层61中有源发光区722的一
面，布拉格反射镜第一复合层62位于布拉格反射镜单材料层61背离衬底71的一面，布拉格反射镜第二复合层63位于布拉格反射镜第一复合层62背离布拉格反射镜单材料层61的一面，布拉格反射镜第三复合层64位于布拉格反射镜第二复合层63背离布拉格反射镜第一复合层62的一面。
[0058]
综上，本发明上述实施例当中的具有布拉格反射镜的发光二极管，布拉格反射镜包括单材料层、第一复合层、第二复合层和第三复合层，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，使得实现整个布拉格反射镜能够反射多种光源，从而解决了背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
[0059]
实施例三
[0060]
参考图6，为本实施例发光二极管截面示意图，本实施例中的发光二极管包括上述实施例一中的布拉格反射镜。
[0061]
本实施例中的发光二极管为倒装发光二极管，包括衬底71、外延层72、电流阻挡层73、电流扩展层74、pad导电层75、布拉格反射镜单材料层61、布拉格反射镜第一复合层62、布拉格反射镜第二复合层63、布拉格反射镜第三复合层64、焊盘层81；外延层包括n型半导体层721、有源发光层722、p型半导体层723。
[0062]
布拉格反射层单材料层61、第一复合层62、第二复合层63、第三复合层64均介于有源发光层722与焊盘层81之间；布拉格反射层单材料层61靠近有源发光层722，背离焊盘层81；布拉格反射镜第一复合层62介于布拉格反射镜单材料层61与第二复合层63之间，布拉格反射镜第二复合层63介于布拉格反射镜第一复合层62与第三复合层64之间，布拉格反射镜第三复合层64介于布拉格反射镜第二复合层63与发光二极管的其它层之间。
[0063]
综上，本发明上述实施例当中的具有布拉格反射镜的发光二极管，布拉格反射镜包括单材料层、第一复合层、第二复合层和第三复合层，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，使得实现整个布拉格反射镜能够反射多种光源，从而解决了背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
[0064]
实施例四
[0065]
参考图7，为本实施例发光二极管截面示意图，本实施例中的发光二极管包括上述实施例一中的布拉格反射镜。
[0066]
本实施例中的发光二极管为垂直发光二极管，包括pad导电层75、外延层72、电流阻挡层73、电流扩展层74、布拉格反射镜单材料层61、布拉格反射镜第一复合层62、布拉格反射镜第二复合层63、布拉格反射镜第三复合层64、键合层91、转移基板92，外延层包括n型半导体层721、有源发光层722、p型半导体层723；
[0067]
布拉格反射层单材料层61、第一复合层62、第二复合层63、第三复合层64均介于有源发光层722与转移基板92之间；布拉格反射层单材料层61靠近有源发光层722，背离转移基板92；布拉格反射镜第一复合层62介于布拉格反射镜单材料层61与第二复合层63之间，布拉格反射镜第二复合层63介于布拉格反射镜第一复合层62与第三复合层64之间，布拉格
反射镜第三复合层64介于布拉格反射镜第二复合层63与发光二极管的其它层之间。
[0068]
综上，本发明上述实施例当中的具有布拉格反射镜的发光二极管，布拉格反射镜包括单材料层、第一复合层、第二复合层和第三复合层，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，使得实现整个布拉格反射镜能够反射多种光源，从而解决了背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
[0069]
实施例五
[0070]
参考图8，为本实施例发光二极管截面示意图，本实施例中的发光二极管包括上述实施例一中的布拉格反射镜。
[0071]
本实施例中的发光二极管为垂直倒装发光二极管，包括连接电极层101、外延层72、电流阻挡层73、电流扩展层74、pad导电层75、布拉格反射镜单材料层61、布拉格反射镜第一复合层62、布拉格反射镜第二复合层63、布拉格反射镜第三复合层64、键合层91、转移基板92，外延层包括n型半导体层721、有源发光层722、p型半导体层723；
[0072]
布拉格反射层单材料层61、第一复合层62、第二复合层63、第三复合层64均介于有源发光层722与转移基板92之间；布拉格反射层单材料层61靠近有源发光层722，背离转移基板92；布拉格反射镜第一复合层62介于布拉格反射镜单材料层61与第二复合层63之间，布拉格反射镜第二复合层63介于布拉格反射镜第一复合层62与第三复合层64之间，布拉格反射镜第三复合层64介于布拉格反射镜第二复合层63与发光二极管的其它层之间。
[0073]
综上，本发明上述实施例当中的具有布拉格反射镜的发光二极管，布拉格反射镜包括单材料层、第一复合层、第二复合层和第三复合层，第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，使得实现整个布拉格反射镜能够反射多种光源，从而解决了背景技术中两段式布拉格反射镜无法反射多种光型导致机台稼动率低的问题。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0075]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种布拉格反射镜，其特征在于，包括依次层叠设置：单材料层：单层低折射率材料；第一复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；第二复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；第三复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；其中，所述第一复合层、所述第二复合层、所述第三复合层的每组低折射率材料以及所述单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；所述第一复合层、所述第二复合层以及所述第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。2.根据权利要求1所述的布拉格反射镜，其特征在于，所述单材料层的单层低折射率材料厚度为3.根据权利要求1所述的布拉格反射镜，其特征在于，所述第一复合层、所述第二复合层和所述第三复合层均包括5-15组高折射率和低折射率交替层叠的材料组，其中，每组材料组包括一层高折射率材料和一层低折射率材料。4.根据权利要求3所述的布拉格反射镜，其特征在于，所述第一复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为5.根据权利要求3所述的布拉格反射镜，其特征在于，所述第二复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为6.根据权利要求3所述的布拉格反射镜，其特征在于，所述第三复合层的每组高折射率材料厚度为每组低折射率材料厚度为7.一种具有布拉格反射镜的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管为正装发光二极管，所述发光二极管包括衬底、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层及权利要求1至6任意一项所述的布拉格反射镜；其中，所述布拉格反射镜的单材料层位于所述衬底背离所述外延层的一侧。8.一种具有布拉格反射镜的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管为倒装发光二极管，所述发光二极管包括衬底、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层、焊盘层及权利要求1至6任意一项所述的布拉格反射镜；其中，所述布拉格反射镜介于所述外延层与所述焊盘层之间。9.一种具有布拉格反射镜的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管为垂直发光二极管，所述发光二极管包括pad导电层、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、键合层、转移基板及权利要求1至6任意一项所述的布拉格反射；其中所述布拉格反射镜介于所述外延层及所述转移基板之间。10.一种具有布拉格反射镜的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管为垂直倒装发光二极管，所述发光二极管包括连接电极层、外延层、电流阻挡层、电流扩展层、pad导电层、键合层、转移基板及权利要求1至6任意一项所述的布拉格反射镜；其中所述布拉格反射镜介于所述外延层及所述转移基板之间。

技术总结
本发明提供一种布拉格反射镜及具有布拉格反射镜的发光二极管，布拉格反射镜包括单材料层：单层低折射率材料；第一复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；第二复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；第三复合层：多组高折射率和低折射率交替层叠的材料组；第一复合层、第二复合层、第三复合层的每组低折射率材料以及单材料层的低折射率材料的厚度依次递增；第一复合层、第二复合层以及第三复合层的每组高折射率材料的厚度依次递增。本发明中的布拉格反射镜及具有布拉格反射镜的发光二极管，通过设置四层不同厚度的高低折射率材料叠加的布拉格反射镜，使得布拉格反射镜能够反射多种光源，从而提升工艺稳定性和机台稼动率。稳定性和机台稼动率。稳定性和机台稼动率。


技术研发人员：李文涛 鲁洋 简弘安 张星星 胡加辉 金从龙 顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/25