[发明专利]一种高白光光效氮化镓LED管芯结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有复合反射膜的氮化镓LED芯片结构，属于发光二极管器件制备技术领域。

背景技术

LED具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，被称为第四代照明光源或绿色光源，可广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月提出发展半导体照明计划。

照明用白光LED多是以蓝色LED为基础光源，将蓝色LED发出的一部分蓝光用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿光或红光和绿光，另一部分蓝色光透射出来，与荧光粉发出的黄绿光或红光和绿光组成白光。蓝色LED发出的蓝色光(发光峰值波长在430nm或470nm)可与黄绿色荧光粉发出的黄绿光组成白光，也可与发出的发光峰值在650nm的红光和发光峰值在540nm的绿光组成白光。目前，国内外制作白光LED的方法是先将LED芯片放置在封装的基片上，在芯片周围涂敷YAG荧光粉，再用环氧树脂包封。树脂既起保护芯片的作用又起到聚光镜的作用。从LED芯片发射出的蓝色光射到荧光粉层内经多次散乱的反射、吸收，最后向外部发出。LED发出的部分蓝色光激发黄色的YAG荧光粉层，使其发出黄色光(峰值为555nm)，一部分蓝色光直接或反射后向外发出，蓝色光与荧光粉激发的黄色光，根据补色关系，两色光相混后即可得到白光。

提高白光LED光效，最主要是增加其核心器件蓝色LED的出光率，在尽可能多的蓝色光范围内，使荧光粉相遇激发的蓝色光和未激发蓝色光混色比显色指数和色坐标为最佳的白光比。在实际器件中，这与激发黄光的荧光粉层涂覆均匀性和厚度有很大关系，荧光粉量少激发黄光少，白光显色冷偏蓝。荧光粉量过多，激发的黄光多混色白光偏绿，色纯度不高。在蓝光与黄光混合比列相当的情况下，尽可能的使其从器件中提取出来，不再损失掉也是提高LED白光光效的很重要的关键点。

在提高白光LED光效的诸多技术中，大多是关于高发光效率蓝光LED、改良封装工艺、优化荧光粉配比等工艺技术，这些方法技术只是单纯的从某一角度提高白光的效果，最终的结果是白光的显色指数、色纯度、色温、光效等不能很好的结合。也有采用背面金属反射镜芯片工艺，但单一金属材料往往对某一波段光强烈吸收或散射，很难有金属反射镜对整个波域高反射率，尤其是在蓝光LED芯片中高反射蓝光的金属材料只有Al和Ag，而金属Al反射率最高不过80％，金属Ag反射率高但其受环境以及自身膨胀系数、表面状态特点，很难粘附在蓝宝石上面。因此，对GaN蓝光背面反射镜研究一直是应用照明领域功率芯片的研究热点。中国专利CN200810055710.9公开了一种在减薄的芯片背面蒸镀反射膜，提高发光二极管光取出效率的方法，其中反射膜包括介质膜和金属膜，介质膜成分为氧化硅和氧化钛结构；该专利文件只是单纯从提高二极管芯片背向反射出光，利用透明无吸收高低折射率介质反射膜对LED芯片高反射，辅助金属反射膜提高宽波范围反射，以提高芯片整体反射率。该介质金属反射膜并没有针对芯片应用封装白光光效提升研究设计。随着LED照明应用，在通用照明领域如何最大程度提高蓝光转换白光光效，成为外延、芯片、封装整个工艺中研究的热点，但在反射膜应用领域尚未见提高蓝光转换白光光效的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，为了提高蓝光转换白光光效，本发明提供一种高白光光效的氮化镓LED管芯结构。

术语说明：

DBR，分布式布拉格反射镜的常规简称。

LED，发光二极管的简称。

本发明技术方案如下：

一种高白光光效的氮化镓LED管芯结构，包括自上而下的P电极、P型电流扩展层、量子阱有源区、N型层、N电极、衬底、反射膜；其中所述反射膜蒸镀在减薄抛光的衬底背面，该反射膜是一种多重复合DBR介质膜，由两种介质膜材料组合、且膜系结构是多波段光波反射；

所述介质膜材料选自TiO₂、SiO₂，每个周期各材料层交替，介质膜周期数6-25，总层数12-50层。

每个周期内各层厚度根据所控反射的主波长而定，使各层介质膜光学厚度为所控反射波长的四分之一倍。