141
科技展望
TECHNOLOGY OUTLOOK
中国航班
CHINA FLIGHTS
摘要：针对发光二极管倒装芯片的外量子效应，即内部光提取技术这一技术主题，利用S 系统中的CNABS、DWPI 等数据库的检索结果为分析样本，对重点技术分支的发展进行了梳理。 关键词：LED；光提取；光子晶体影响半导体发光器件的发光效率主要有两方面因素：内量子效应和外量子效应。以LED 为例，目前，内量子效率普遍较高。 比如，典型的GaN 蓝光LED 的内量子效率可达80%，所以进一步大幅度提高LED 的内量子效率的可能性不大。
而相对于内量子效率，普通LED 的外量子效率（也称为光提取效率）仅为百分之几，还有极大的提高空间。
本文主要利用S 系统中的CNABS、DWPI 等数据库，通过IPC 分类号、CPC 分类号、比较准确的关键词、转库检索等检索策略相结合对LED 倒装芯片的外量子效应，即内部光提取技术进行分析，从中得到该技术领域中较为重要的几大技术分支。
根据对国内外专利的统计结果发现，LED 倒装芯片内部光提取技术主要集中在布拉格反射（DBR）、全反射镜（ODR）以及内部微图案上。
且无论是中国还是全球申请量中，以布拉格反射结构涉及的专利申请量最多，其次是内部微图案，全反射镜技术涉及量较少，表明全反射镜技术被关注度较弱，一个可能的原因是该技术相对比较成熟，研究空间不大。
针对微图案结构的申请进行针对性统计分析，进一步发现，该类技术主要包含两大类手段，一类是利用普通的图案结构，通过不同材料折射率以及形状的设置来提高出光效率，另一种则是利用光子晶体结构；其中，中国以及全球专利申请中，涉及内部光子晶体技术的申请量并不大，表明在该技术分支还有很多的发展空前，目前的研究成果有限，而比较中国和全球的数据，可以发现中国在光子晶体方向的申请量相对较大，反映了我国在该方向技术的领先。
涉及布拉格反射的专利申请中，可以
发现各国申请人在传统布拉格反射层的基础上进行了比较深入研究，提出了各类较新结构的布拉格反射，进一步提高了芯片的整体性能。如2004年韩国的三星电子提出的一种布拉格反射结构（申请号：KR20040063214A），其对传统布拉格反射层进行分割，获得网孔状的布拉格结构，并且欧姆接触层形成在布拉格结构的空隙中，提高出光效率的同时优化电流扩展；2012年韩国的汉城光电设备公司（申请号：KR20120026240A）提出将布拉格反射结构与衬底内部的凹凸结构相结合，进一步提高光提取效率；2013年韩国的ELECTRONICS&TELECOMRESINST 提出对多层布拉格反射结构进行堆叠，进而更大程度的对光萃取。
涉及内部微图案的专利申请中，一部分是关于普通图案化结构的改进，如2011年韩国伊诺特有限公司提出（申请号CN201110135245），在衬底和有源层间设置非金属图案，且在该非金属图案周围设置空隙，
进而提高出光；2013年中国砂轮企业股份有限公司提出的图案化结构（申请号CN201310638546）包括微米级突出结构，且在该微米级突出结构上进一步设置微米级凹槽；2014年华南理工大学提出的图案化结构（申请号CN201420740377）包括多个形状相同的圆锥簇组成，该圆锥簇由一个大圆锥、多个中圆锥及多个小圆锥组成；且多个中圆锥围绕大圆锥排列成一圈，形成中圆锥圈；所述多个小圆锥围绕中圆锥圈排列成一圈，形成小圆锥圈，从而具有比普通衬底LED 芯片更优的出光效率，圆锥簇增加了反射面积，对底部出光有明显的增益效果，特别适合用于覆晶封装。
另一部分则是关于光子晶体结构的改进，如2007年中国旭晶光科技股份有限公司提出一种光子晶体结构（申请号：CN200780049589），其呈锥形或平顶锥形突起的瓦状排列，并被不同折射率的材料包围，用于有效地提取器件的光，和具有发光外形的光束，其比Lambertian 光源更具指向性；
2009年日本的KYOCERACORP 提出（申请号JP2008117747A）将光子晶体结构下表面覆盖一层金属反射层，二者共同提高光的反射效率；
2011年韩国的首尔OPTO 仪器股份有限公司提出一种空隙型的光子晶体（申请号为KR20110012300A），且其嵌入在半导体层中，一方面防止光的吸收和损失，另一方面可以在整个下半导体层的宽广区域上形成较好的欧姆接触。
2015年东南大学提出一种双光子晶体结构的量子点发光二极管（申请号CN201510283134），其在内部
分别设置有反射型光子晶体和缺陷型光子晶体，通过两种光子晶体的搭配，显著提高了光提取效率。该申请中所谓的缺陷型光子晶体是在常规的光子晶体中引入缺陷，由于缺陷模的出现，就可以对光子进行控制，如引入点缺陷，可以实现谐振微腔，而引入线缺陷，就可以实现光子晶体波导，这也将是未来光子晶体发展的一个新的方向。
通过上述对该发展分支的研究，有助于了解LED 倒装芯片外量子效应，即光提取技术的发展历史和现状，给未来的发展提供了明确指向。
LED 倒装芯片外量子效应，即内部光提取技术主要集中在布拉格反射（DBR）、全反射镜（ODR）以及内部微图案三大技术分支上。且无论是中国还是全球申请量中，以布拉格反射结构涉及的专利申请量最多，其次是内部微图案；
而对于微图案结构的申请中主要包含两大类，一类是普通的图案结构，通过不同材料折射率以及形状的设置来提高出光效率，另一种则是光子晶体结构；
涉及内部光子晶体技术的申请量并不大，表明在该技术分支还有很多的发展空前，目前的研究成果有限，而比较中国和全球的数据，可以发现中国在光子晶体方向的申请量相对较大，反映了我国在该方向技术的领先。
半导体芯片的外量子效应
陈袁园|国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议