[實用新型]一種經圖案優化的LED芯片的圖形化襯底及LED芯片

有效

• 申請號: 201220696635.6
• 申請日: 2012-12-15
• 公開（公告）號: CN202996886U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李國強;王海燕;周仕忠;林志霆
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本實用新型涉及LED芯片，特別涉及一種經圖案優化的LED芯片的圖形化襯底及LED芯片。

背景技術

為了提高GaN基LED的內量子效率和出光效率，目前已有多項技術被應用在LED研究當中，如側向外延生長技術、表面粗化、納米壓印技術以及金屬鏡面反射層技術等。而近年來提出的圖形化襯底技術能有效地提高藍寶石襯底GaN基LED的出光效率，成為了目前藍寶石襯底GaN基LED領域研究的熱點。作為圖形化襯底技術的關鍵，襯底圖案演變至今，對LED光提取效果和外延質量改善顯著，已成為提高LED性能的重要途徑。

襯底圖案對LED光學性能的提高體現為兩方面：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的GaN生長出現側向磊晶的效果，減少晶體缺陷，提高內量子效率。為滿足器件性能的要求，圖案的設計已幾番更新，從最初的槽形到六角形、錐形、棱臺型等，圖形化襯底技術的應用效果已受到認可。

襯底的圖案是圖形化襯底技術的關鍵，對LED的出光效率起著決定性作用。作為影響光路的直接因素，圖案的參數（包括邊長、高度和間距等）在選擇上勢必會影響LED的性能。J.H.Cheng等人報道過，錐形圖案會導致較大的位錯。為了減少位錯，應該采取較小的斜面角，但是小斜面角會削弱圖形對光的反射或散射效應，因此需要尋求一個平衡點。D.S.Wuu等人利用濕法刻蝕技術在藍寶石襯底上制備邊長為3μm，深度為1.5μm的正三棱錐圖形，采用MOCVD法生長GaN并制成芯片，對其進行光學測試，發現圖形藍寶石襯底GaN基LED的外量子效率因圖案密度的改變而有所不同，圖形化襯底LED的輸出功率比普通LED的輸出功率提升25%。另外，R.Hsueh等人用納米壓印技術在藍寶石襯底上制備納米級的襯底圖案，該襯底制造出的LED芯片的光強和出光率都高于普通藍寶石襯底LED，分別提高了67%和38%，也優于微米級圖形襯底LED。但并非圖形尺寸越小，LED的性能就越好，圖形尺寸和LED性能間的關系仍然需要權衡。研究表明：隨著圖案間距的減小，在GaN和藍寶石界面易出現由于GaN生長來不及愈合而產生的空洞，并造成外延層更多的位錯，即便光提取效率有所提升，但外延層位錯的增加會降低LED芯片壽命。另外，納米級圖案制造成本高，產業化比較困難，也大大限制了其推廣應用。由此可見，圖形尺寸和LED性能的優化還需要進一步研究。

即便圖形化襯底已大幅度提高LED的出光效率，但對于以三棱錐為基本圖案的圖形襯底，目前仍未有研究能準確指出其最佳圖案高度、間距、圖案密度等，三棱錐圖形襯底圖案的應用缺乏一套系統的設計指標。此外，在圖案尺寸的優化問題上，解決尺寸縮小與其對GaN生長質量造成破壞間的權衡，在提高出光效率的前提下保證更好的磊晶質量，做到真正意義上的提高LED性能方面，仍然有待研究。因此，確定三棱錐圖形化襯底圖案的最優化參數亟待解決。

實用新型內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種經圖案優化的LED芯片圖形化襯底，具有出光效率高的優點。

本實用新型的另一目的在于提供包括上述圖形化襯底的LED芯片。

本實用新型的目的通過以下方案實現：

一種經圖案優化的LED芯片的圖形化襯底，襯底的圖案由排列在襯底表面的多個形狀相同的正三棱錐組成，正三棱錐的傾角α為60°~65°；相鄰正三棱錐的間距d為所述正三棱錐的邊長a的1~1.4倍。

所述多個形狀相同的正三棱錐采用矩形排列方式。

所述多個形狀相同的正三棱錐采用六角排列方式。

一種LED芯片，包括上述的經圖案優化的LED芯片的圖形化襯底。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點和有益效果：

（1）本實用新型通過優化正三棱錐圖形化襯底的圖案參數，大大提高了反射光子到達LED芯片頂部的能力，從而使更多光線反射至芯片頂部，增強圖形化襯底GaN基LED的出光效率，相比普通的無圖案襯底LED，總光通量增大到2.46倍，頂部光通量增大到3.38倍，底部光通量增大到2.65倍。

（2）本實用新型具有比普通襯底LED芯片更優的出光效率，正三棱錐圖形符合GaN晶體的晶格結構，實際加工容易獲得目標圖案，便于推廣應用。

（3）本實用新型采用優化的圖案參數，避免邊緣間距太大或太小造成的磊晶缺陷，進一步改善了磊晶質量，從而提高了LED的內量子效率。

附圖說明

圖1為實施例1的LED芯片的示意圖。