漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料制備加工領域，特別是涉及一種漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡及其制造方法。
【背景技術】
[0002]分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector，DBR)是一種應用十分廣泛的光學器件/結構。主要用于光電器件，比如半導體激光器、發光二極管(LED)，平板顯示等領域。一般的光學DBR是由一種低折射率和一種高折射率多次交替組成，一層低折射率材料和一層高折射率材料組成一個周期。它可以通過多種鍍膜工藝實現，而且工藝相對簡單。DBR的性能主要表現在其所選擇的波段范圍的高反射率或高透射率。其高透射率或高反射率取決于DBR結構的設計、兩種材料的折射率差異和周期數。通常而言，兩種材料折射率差異越大、周期數越多，則DBR的透射率越低或反射率越高。傳統的DBR —般采用兩種介質材料。我們熟悉的介質材料中，高折射率材料，如T12，其在可見光范圍內的折射率?2.6，。低折射率材料，如S12，其在可見光范圍內的折射率?1.4，。這樣兩者之間的差異為1.2。如果低折射率材料能夠接近1，難么折射率差異就會有1.6，這樣會大大提高DBR的性能，降低周期數和工藝成本。
[0003]我們通過對真空鍍膜工藝的改進，開發出漸變折射率材料。通過改變材料的內在結構，調整其有效折射率，從而實現其最低有效折射率接近I。通過采用新型漸變折射率材料，可以大大提高DBR的性能，降低成本。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡及其制造方法，用于解決現有技術中高、低折射率材料的折射率不可調節，周期多導致鍍膜時間長、成本高的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法，所述制造方法至少包括步驟:
[0006]I)提供基底，在所述基底表面制備過渡層，所述過渡層下表面的折射率與所述基底的折射率匹配；
[0007]2)在所述過渡層表面制備由高折射率材料層和低折射率材料層交替重復的分布式布拉格反射鏡，其中，所述高折射率材料層和/或低折射率材料層為漸變折射率材料層。
[0008]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述基底為發光二極管芯片或者玻璃。
[0009]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述過渡層由傳統光學材料和/或漸變折射率材料組成。
[0010]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，
所述過渡層為單層、雙層、多層。
[0011]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述過渡層的折射率隨位置不同，呈處處相等、或階梯分布、或漸變分布。
[0012]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述過渡層的厚度范圍為10?lOOOnm。
[0013]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，采用掠入射角鍍膜工藝或者通過化學腐蝕制備所述漸變折射率材料，所述漸變折射率材料為多孔或納米柱狀材料，通過改變材料與空隙的體積比來調節所述漸變折射率材料的有效折射率。
[0014]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述高折射率材料層的折射率大于2，所述低折射率材料的折射率小于1.5。
[0015]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述分布式布拉格反射鏡至少為I套，每一套分布式布拉格反射鏡中高折射率材料層和低折射率材料層交替重復3?60個周期。
[0016]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述高折射率材料層和低折射率材料層的單層厚度范圍均為20?800nm。
[0017]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述漸變折射率材料層為介質材料或導電材料。
[0018]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述介質材料選自Ti02、Si02、Ta2O3或Si 3N4中的一種或兩種的組合，所述導電材料選自ITO, FTO或摻雜的氧化鋅中的一種或兩種的組合。
[0019]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法的一種優化的方案，所述分布式布拉格反射鏡對450?480nm波段的光具有高透過率，對500?600nm波段的光具有高反射率。
[0020]本發明還提供一種漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡，所述漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡至少包括:
[0021]基底；
[0022]過渡層，結合于所述基底表面，所述過渡層下表面的折射率與所述基底的折射率匹配；
[0023]由高折射率材料層和低折射率材料層交替重復的分布式布拉格反射鏡，結合于所述過渡層表面，其中，所述高折射率材料層和/或低折射率材料層為漸變折射率材料層。
[0024]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的一種優化的方案，所述分布式布拉格反射鏡的表面設置有焚光層。
[0025]作為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的一種優化的方案，在所述分布式布拉格反射鏡和熒光層之間還設置有封裝層。
[0026]如上所述，本發明的漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡及其制造方法，包括步驟:1)提供基底，在所述基底表面制備過渡層，所述過渡層下表面的折射率與所述基底的折射率匹配；2)在所述過渡層表面制備由高折射率材料層和低折射率材料層交替重復的分布式布拉格反射鏡，其中，所述高折射率材料層和/或低折射率材料層為漸變折射率材料層。本發明采用掠入射角鍍膜工藝制備漸變折射率材料，并采用該材料形成DBR結構，這種DBR周期少、性能高，同時可以和不同基底有效集成，顯著降低生產成本，提高器件的出光效率，促進DBR的應用。
【附圖說明】
[0027]圖1?2為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的結構流程示意圖。
[0028]圖3為本發明漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的反射率曲線。
[0029]圖4為本發明白光LED的發光譜。
[0030]元件標號說明
[0031]101 基底
[0032]102 過渡層
[0033]103 低折射率材料
[0034]104 高折射率材料
【具體實施方式】
[0035]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0036]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0037]本發明提供一種漸變折射率材料分布式布拉格反射鏡的制造方法，所述制造方法至少包括以下步驟:
[0038]首先執彳丁步驟1)，如圖1所不，提供基底101，在所述基底101表面制備過渡層102，所述過渡層102下表面的折射率與所述基底101的折射率匹配。
[0039]所述基底101可以是LED芯片或者玻璃，當然，所述基底101也可以是其他合適的透明或不透明材料。本實施例中，所述基底101為GaN藍光LED芯片，其在可見光范圍內的折射率為2.4?2.6。
[0040]根據基底101的光學性質，選擇適當的過渡層102材料，使得過渡層102的折射率和基底101的折射率相匹配。具體地，要求所述過渡層102下表面的折射率與所述基底101的折射率匹配，這樣可以將光從基底101中最大程度的耦合出來，確保從基底101出來的光具有高透射低反射的特性。
[0041]作為示例，所述過渡層102由傳統光學材料和/或漸變折射率材料組成，所述過渡層102可以是單層、雙層或多層，而過渡層的折射率隨縱向高度不同，可以處處相等，也可以呈階梯分布或者漸變分布。需要說明的是，傳統光學材料采用真空鍍膜工藝來制備，具有固定的折射率，材料結構較為致密，例如，S12, T12等。本實施例中，采用傳統材料和漸變折射率材料組合成雙層材料形成過渡層102，如圖1所示，例如傳統材料可以為T12，折射率為2.6 ;漸變折射率材料可以是S12，通過鍍膜工藝其折射率最低可以做到1.08。當然，在其他實施例中，過渡層102也可以單獨由傳統光學材料或者漸變折射率材料構成，在此不限。含有漸變折射率材料構成的過渡層102采用掠入射角鍍膜工藝來制備，掠入射角鍍膜工藝包括電子束鍍膜、熱蒸發、磁控濺射、脈沖激光鍍膜等物理氣相鍍膜工藝。
[0042]作為示例，所述過渡層102的厚度范圍可以控制在10?100nm范圍內。本實施例中，所述過渡層102的厚度暫選為lOOnm。在其他實施例中，所述過渡層102的厚度也可以是 200nm、250nm、300nm、500nm 或者 700nm 等等。
[0043]然后執行步驟2)，在所述過渡層102表面制備由高折射率材料層104和低折射率材料層103交替重復的分布式布拉格反射鏡，其中，所述高折射率材料層104和/或低折射率材料層103為漸變折射率材料層。
[0044]設計的分布式布拉格反射鏡，要求其光學上能夠與過渡層102、基底101以及封裝材料匹配，一方面確保將光從基底101最大程度的耦合出來，實現整體結構的透射率最大，同時分布式布拉格反射鏡還必須兼顧焚光發光材料的