渐变折射率材料分布式布拉格反射镜及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料制备加工领域，特别是涉及一种渐变折射率材料分布式布拉格反射镜及其制造方法。
【背景技术】
[0002]分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector，DBR)是一种应用十分广泛的光学器件/结构。主要用于光电器件，比如半导体激光器、发光二极管(LED)，平板显示等领域。一般的光学DBR是由一种低折射率和一种高折射率多次交替组成，一层低折射率材料和一层高折射率材料组成一个周期。它可以通过多种镀膜工艺实现，而且工艺相对简单。DBR的性能主要表现在其所选择的波段范围的高反射率或高透射率。其高透射率或高反射率取决于DBR结构的设计、两种材料的折射率差异和周期数。通常而言，两种材料折射率差异越大、周期数越多，则DBR的透射率越低或反射率越高。传统的DBR —般采用两种介质材料。我们熟悉的介质材料中，高折射率材料，如T12，其在可见光范围内的折射率?2.6，。低折射率材料，如S12，其在可见光范围内的折射率?1.4，。这样两者之间的差异为1.2。如果低折射率材料能够接近1，难么折射率差异就会有1.6，这样会大大提高DBR的性能，降低周期数和工艺成本。
[0003]我们通过对真空镀膜工艺的改进，开发出渐变折射率材料。通过改变材料的内在结构，调整其有效折射率，从而实现其最低有效折射率接近I。通过采用新型渐变折射率材料，可以大大提高DBR的性能，降低成本。
【发明内容】
[0004]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渐变折射率材料分布式布拉格反射镜及其制造方法，用于解决现有技术中高、低折射率材料的折射率不可调节，周期多导致镀膜时间长、成本高的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法，所述制造方法至少包括步骤:
[0006]I)提供基底，在所述基底表面制备过渡层，所述过渡层下表面的折射率与所述基底的折射率匹配；
[0007]2)在所述过渡层表面制备由高折射率材料层和低折射率材料层交替重复的分布式布拉格反射镜，其中，所述高折射率材料层和/或低折射率材料层为渐变折射率材料层。
[0008]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述基底为发光二极管芯片或者玻璃。
[0009]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述过渡层由传统光学材料和/或渐变折射率材料组成。
[0010]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，
所述过渡层为单层、双层、多层。
[0011]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述过渡层的折射率随位置不同，呈处处相等、或阶梯分布、或渐变分布。
[0012]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述过渡层的厚度范围为10?lOOOnm。
[0013]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，采用掠入射角镀膜工艺或者通过化学腐蚀制备所述渐变折射率材料，所述渐变折射率材料为多孔或纳米柱状材料，通过改变材料与空隙的体积比来调节所述渐变折射率材料的有效折射率。
[0014]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述高折射率材料层的折射率大于2，所述低折射率材料的折射率小于1.5。
[0015]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述分布式布拉格反射镜至少为I套，每一套分布式布拉格反射镜中高折射率材料层和低折射率材料层交替重复3?60个周期。
[0016]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述高折射率材料层和低折射率材料层的单层厚度范围均为20?800nm。
[0017]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述渐变折射率材料层为介质材料或导电材料。
[0018]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述介质材料选自Ti02、Si02、Ta2O3或Si 3N4中的一种或两种的组合，所述导电材料选自ITO, FTO或掺杂的氧化锌中的一种或两种的组合。
[0019]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法的一种优化的方案，所述分布式布拉格反射镜对450?480nm波段的光具有高透过率，对500?600nm波段的光具有高反射率。
[0020]本发明还提供一种渐变折射率材料分布式布拉格反射镜，所述渐变折射率材料分布式布拉格反射镜至少包括:
[0021]基底；
[0022]过渡层，结合于所述基底表面，所述过渡层下表面的折射率与所述基底的折射率匹配；
[0023]由高折射率材料层和低折射率材料层交替重复的分布式布拉格反射镜，结合于所述过渡层表面，其中，所述高折射率材料层和/或低折射率材料层为渐变折射率材料层。
[0024]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的一种优化的方案，所述分布式布拉格反射镜的表面设置有焚光层。
[0025]作为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的一种优化的方案，在所述分布式布拉格反射镜和荧光层之间还设置有封装层。
[0026]如上所述，本发明的渐变折射率材料分布式布拉格反射镜及其制造方法，包括步骤:1)提供基底，在所述基底表面制备过渡层，所述过渡层下表面的折射率与所述基底的折射率匹配；2)在所述过渡层表面制备由高折射率材料层和低折射率材料层交替重复的分布式布拉格反射镜，其中，所述高折射率材料层和/或低折射率材料层为渐变折射率材料层。本发明采用掠入射角镀膜工艺制备渐变折射率材料，并采用该材料形成DBR结构，这种DBR周期少、性能高，同时可以和不同基底有效集成，显著降低生产成本，提高器件的出光效率，促进DBR的应用。
【附图说明】
[0027]图1?2为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的结构流程示意图。
[0028]图3为本发明渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的反射率曲线。
[0029]图4为本发明白光LED的发光谱。
[0030]元件标号说明
[0031]101 基底
[0032]102 过渡层
[0033]103 低折射率材料
[0034]104 高折射率材料
【具体实施方式】
[0035]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他优点与功效。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。
[0036]请参阅附图。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，遂图式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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]本发明提供一种渐变折射率材料分布式布拉格反射镜的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤:
[0038]首先执彳丁步骤1)，如图1所不，提供基底101，在所述基底101表面制备过渡层102，所述过渡层102下表面的折射率与所述基底101的折射率匹配。
[0039]所述基底101可以是LED芯片或者玻璃，当然，所述基底101也可以是其他合适的透明或不透明材料。本实施例中，所述基底101为GaN蓝光LED芯片，其在可见光范围内的折射率为2.4?2.6。
[0040]根据基底101的光学性质，选择适当的过渡层102材料，使得过渡层102的折射率和基底101的折射率相匹配。具体地，要求所述过渡层102下表面的折射率与所述基底101的折射率匹配，这样可以将光从基底101中最大程度的耦合出来，确保从基底101出来的光具有高透射低反射的特性。
[0041]作为示例，所述过渡层102由传统光学材料和/或渐变折射率材料组成，所述过渡层102可以是单层、双层或多层，而过渡层的折射率随纵向高度不同，可以处处相等，也可以呈阶梯分布或者渐变分布。需要说明的是，传统光学材料采用真空镀膜工艺来制备，具有固定的折射率，材料结构较为致密，例如，S12, T12等。本实施例中，采用传统材料和渐变折射率材料组合成双层材料形成过渡层102，如图1所示，例如传统材料可以为T12，折射率为2.6 ;渐变折射率材料可以是S12，通过镀膜工艺其折射率最低可以做到1.08。当然，在其他实施例中，过渡层102也可以单独由传统光学材料或者渐变折射率材料构成，在此不限。含有渐变折射率材料构成的过渡层102采用掠入射角镀膜工艺来制备，掠入射角镀膜工艺包括电子束镀膜、热蒸发、磁控溅射、脉冲激光镀膜等物理气相镀膜工艺。
[0042]作为示例，所述过渡层102的厚度范围可以控制在10?100nm范围内。本实施例中，所述过渡层102的厚度暂选为lOOnm。在其他实施例中，所述过渡层102的厚度也可以是 200nm、250nm、300nm、500nm 或者 700nm 等等。
[0043]然后执行步骤2)，在所述过渡层102表面制备由高折射率材料层104和低折射率材料层103交替重复的分布式布拉格反射镜，其中，所述高折射率材料层104和/或低折射率材料层103为渐变折射率材料层。
[0044]设计的分布式布拉格反射镜，要求其光学上能够与过渡层102、基底101以及封装材料匹配，一方面确保将光从基底101最大程度的耦合出来，实现整体结构的透射率最大，同时分布式布拉格反射镜还必须兼顾焚光发光材料的