[发明专利]具有分布布拉格反射器的发光二极管芯片

说明书

根据本发明的发光二极管芯片包括：发光结构体，包括活性层；以及分布布拉格反射器(DBR)。该DBR包括相互交替层叠的具有低折射率的第一材料层以及具有高折射率的第二材料层的对。并且，DBR针对从发光结构体发出的光的峰值波长(λ)，包括：第一区域，包括多个对，并且第一材料层以及第二材料层均具有大于0.25λ并且0.3λ以下的光学厚度；最后对，与发光结构体最远；以及第二区域，位于第一区域和最后对之间，并且第一材料层以及第二材料层均具有小于0.25λ的光学厚度，第一区域比第二区域与发光结构体更近，第二区域内的第一材料层与第二材料层相比光学厚度偏差大。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管芯片，更详细地，涉及一种为了改善光提取效率而配备有分布布拉格反射器的发光二极管芯片。

背景技术

发出蓝色或者紫外线的氮化镓类的发光二极管已经用于多种应用中，尤其是市场上正在销售发出背光单元或者一般照明等所需的混色光(例如，白色光)的多种发光二极管封装件)。

由于发光二极管封装件的光输出主要依靠发光二极管芯片的光效率，因此正在持续努力改善发光二极管芯片的光效率。例如，进行过在光发出面形成粗糙的表面，或者调节外延层的形状或透明基板的形状而改善光提取效率的努力。

此外，还有如下的方法：在光发出面的反面(例如，基板的下部面)设置Al等金属反射器，来反射向芯片安装面方向传播的光，从而改善发光效率。可以通过利用金属反射器反射光而减少光损失，从而改善光效率。虽然Al 等金属反射器对多种波长的入射光具有均匀的反射率而便于使用，但会由于被氧化而容易导致反射率降低，并且金属反射器的反射率相对不高。

据此，正在利用折射率互不相同的材料交替层叠的分布布拉格反射器 (DBR：Distributed Bragg Reflector)，从而在实现高反射率的同时实现相对稳定的反射特性。

一般通过将折射率互不相同的高折射物质层和低折射物质层交替层叠而形成DBR。尤其是，通过将分别具有针对各自的中心波长的λ/4的光学厚度 (实际厚度×折射率)的高折射物质层和低折射物质层交替层叠，从而可以提供包括中心波长的预定范围的光谱区域(即，阻带(stop band))反射率高的 DBR。

DBR一般使用TiO₂作为高折射物质层，使用SiO₂作为低折射物质层。但是TiO₂等高折射物质层表现出：随着波长变短而具有消光系数急剧增加的趋势。图1示出了TiO₂根据波长的典型消光系数。从图1可知，TiO₂在大约 400nm以下随着波长变短，消光系数急剧增加。

此外，图2示出了峰值波长为400nm的发光二极管芯片的典型发射光谱。即使是以特定波长为目标的发光二极管芯片，其发射光谱大致示出10nm以上的半宽度(half-width)，并在大约65nm以上的波长范围发射光。因此，对于峰值波长为400nm的发光二极管芯片所使用的反射器要求对波长比400nm 更短的光也具有高反射率。

作为结果，难以设计适合发出大约440nm以下的短波长可见光或者发出波长比其短的近紫外线(大约300nm～大约400nm)的发光二极管芯片的DBR。例如，为了提高反射率，需要增加高折射物质层和低折射物质层的层叠数，但发生由于高折射物质层的光吸收增加而导致整体反射率降低的问题。因此，在短波长可见光或者近紫外线发光二极管芯片中为了提高发光二极管芯片的效率而仍然使用反射率有限的金属反射器。

此外，如果在蓝宝石基板上形成包括活性层的氮化镓类发光结构体，并在基板下表面设置DBR，则从活性层发出的光的一部分会透过基板而到达反射器。此时，光不仅以0度入射角(与反射器垂直)入射，还以多种入射角入射。尤其在使用图案化的蓝宝石基板时，比起垂直的入射角，以倾斜角入射的光量会增加。