[實(shí)用新型]一種用于LED倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底及LED芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220695090.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN202996887U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)強(qiáng);周仕忠;林志霆;王海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/20
• 分類號(hào): H01L33/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及LED芯片，特別涉及一種用于LED倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底及LED芯片。

背景技術(shù)

圖形化襯底技術(shù)是近來藍(lán)寶石襯底GaN基LED領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。其圖案演變至今，對(duì)LED光提取效果和外延質(zhì)量改善顯著，已成為提高LED性能的重要途徑。

襯底圖案對(duì)LED光學(xué)性能的提高體現(xiàn)為兩方面：一方面，圖案通過散射/反射改變光的軌跡，使光在界面出射的入射角變小（小于全反射臨界角），從而透射而出，提高光的提取率；另一方面，圖案還可以使得后續(xù)的GaN生長(zhǎng)出現(xiàn)側(cè)向磊晶的效果，減少晶體缺陷，提高內(nèi)量子效率。為滿足器件性能的要求，圖案的設(shè)計(jì)已幾番更新，從槽型、錐形、棱臺(tái)型到目前應(yīng)用較多的半球形，圖形襯底技術(shù)的應(yīng)用效果已受到認(rèn)可。研究表明：沒有尖角的半球形圖案，能較大限度地減小應(yīng)力，降低缺陷；另外，半球體的密排布對(duì)側(cè)向磊晶更明顯，磊晶質(zhì)量會(huì)顯著提高；在提高光提取率方面，半球面相對(duì)于其他幾種圖案的多平面體結(jié)構(gòu)來說，對(duì)光的發(fā)散能力更強(qiáng)。

作為影響光路的直接因素，圖案的參數(shù)（包括半徑、高度和間距等）在選擇上勢(shì)必會(huì)影響LED的性能。D.S.Wuu等人在圖案深度不同的藍(lán)寶石襯底（基本圖案為直徑3μm的圓孔，深度由0.5μm至1.5μm等間距增大）上采用MOCVD法生長(zhǎng)GaN并制成芯片，對(duì)其進(jìn)行光學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)以最大深度的圖形藍(lán)寶石襯底制得的GaN基LED最為理想，其外量子效率達(dá)到14.1%，光強(qiáng)比普通LED提高約63%。R.Hsueh等人用納米壓印技術(shù)制備出直徑240nm，間隔450nm，深165nm的圓孔圖案，該襯底制造出的LED芯片的光強(qiáng)和出光率都高于普通藍(lán)寶石襯底LED，分別提高了67%和38%，也優(yōu)于微米級(jí)圖形襯底LED。但并非圖形尺寸越小，LED的性能就越好，圖形尺寸和LED性能間的關(guān)系仍然需要權(quán)衡。研究表明：隨著圖案間距的減小，在GaN和藍(lán)寶石界面易出現(xiàn)由于GaN生長(zhǎng)來不及愈合而產(chǎn)生的空洞，并造成外延層更多的位錯(cuò)，即便光提取效率有所提升，但外延層位錯(cuò)的增加會(huì)降低LED芯片壽命。另外，納米級(jí)圖案制造成本高，產(chǎn)業(yè)化比較困難，也大大限制了其推廣應(yīng)用。由此可見，圖形尺寸和LED性能的優(yōu)化還需要進(jìn)一步研究。

LED芯片的結(jié)構(gòu)包括正裝法和倒裝法兩種。在傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)GaN基LED中，P-GaN層有限的電導(dǎo)率要求在P-GaN層表面再沉淀一電流擴(kuò)展層(Ni/Au，ITO等)。這個(gè)電流擴(kuò)展層會(huì)吸收部分光子，降低芯片的光提取效率。正裝LED需要兼顧、平衡電流擴(kuò)展和透射率，使得器件的性能受到一定的限制。此外，由于不透光的電極觸電位于正裝LED的出光窗口，對(duì)芯片的光提取效率也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。相比之下，對(duì)于倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片，若選取光吸收系數(shù)較低的襯底作為出光窗口，能很好消除電極對(duì)光的阻擋作用。LumlledsLighting公司采用過藍(lán)寶石襯底作為出光窗口，利用藍(lán)寶石光吸收系數(shù)極低的優(yōu)勢(shì)有效消除了電極對(duì)光的阻擋作用。同時(shí)作為出光窗口的藍(lán)寶石折射率(l.75)與空氣折射率相差較小，不易發(fā)生全反射，也有利于提高提取效率。

即便半球形圖形化襯底已大幅度提高LED的出光效率，但目前針對(duì)半球形圖形襯底在LED芯片的應(yīng)用大多采用正裝結(jié)構(gòu)；研究者也缺乏針對(duì)半球形圖案的參數(shù)（包括底面半徑和邊緣間距）展開系統(tǒng)性的探討，對(duì)半球形圖案參數(shù)的選取尚未形成一個(gè)系統(tǒng)的體系。因此，如何充分發(fā)揮半球形圖案的出光優(yōu)勢(shì)，解決尺寸的優(yōu)化問題及正、倒裝結(jié)構(gòu)的選取問題亟待解決。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于LED芯片倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底，其充分利用半球形圖案的出光優(yōu)勢(shì)，出光效率高于正裝半球形圖形化襯底LED芯片。本實(shí)用新型的另一目的在于提供包括上述用于倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底的LED芯片。

本實(shí)用新型的目的通過以下方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于LED倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底，襯底的圖案由排列在襯底表面的多個(gè)形狀相同的半球組成；每個(gè)半球的高度與半球的底面半徑r相等；相鄰半球的邊緣間距d為所述半球的底面半徑r的0.7~1.0倍。

所述襯底材料的折射率為1.1~2。

所述多個(gè)形狀相同的半球采用矩形排列方式。

所述多個(gè)形狀相同的半球采用六角排列方式。

一種LED芯片，包括如上述的用于LED倒裝結(jié)構(gòu)的圖形化襯底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

（1）本實(shí)用新型通過對(duì)半球形圖案的參數(shù)（包括底面半徑r和邊緣間距d）進(jìn)行LED出光模擬，形成一套關(guān)于半球形圖案各參數(shù)對(duì)LED出光效率的影響體系，為實(shí)際加工中尺寸的選取提供依據(jù)。