[發明專利]一種具有主副雙圖案的LED圖形化襯底及LED芯片

在審

• 申請號: 201310530075.6
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103545411A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李國強;林志霆;何攀貴;喬田;周仕忠;王海燕
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: 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: 陳文姬

技術領域

本發明涉及LED及LED芯片，特別涉及一種具有主副雙圖案的LED圖形化襯底及LED芯片。

背景技術

近年來，GaN基LED因具有亮度高、能耗低、壽命長等諸多優點，被廣泛應用于交通指示燈、LCD背光源、全彩顯示器和通用照明領域等。然而，GaN材料的折射率（n=2.45）與空氣（n=1.0）之間存在巨大差異，全反射臨界角僅為24度左右，這導致光線在芯片內部發生顯著的全反射現象而無法射出LED，大大降低了LED的光提取率。后來針對這一問題提出了改善方案，如引入布拉格反射層、光子晶體，表面粗化和襯底圖形化等。其中，圖形化襯底技術不僅能提高光提取率，還能提高內量子效率。一方面，襯底上的圖案通過折射和反射改變光的軌跡，使光在界面出射的入射角變小（小于全反射臨界角），從而得以透射而出，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。

圖形化襯底技術的關鍵在于對襯底圖案的設計，其對LED的出光效率起著決定性作用。為滿足器件性能的要求，圖案的種類已幾番更新，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。S.Suihkonen等人的實驗證明:具有較大高度的六角形圖案增強了對光線的反射、散射作用，并且具有尖錐狀凸起結構的錐形圖案的傾斜角對LED的出光有較大的影響。Lee等人使用ICP刻蝕獲得圓錐體圖形化藍寶石襯底，在20mA電流的驅動下，獲得的LED的輸出功率提高了35%；Su等人分別在藍寶石襯底上制造出納米級圓孔圖案和微米級圓孔圖案，其結果顯示，納米級圖案相比微米級圖案有更好的出光效率。C.C.Wang等人認為單位面積內圖形尺度的減小能夠增加反射面從而提高光線的出射幾率。

目前的研究已經證明隨著襯底上相鄰圖案之間距離的縮小，LED芯片的光提取率明顯增加。其原因在于，圖案之間的距離縮小使單位面積的襯底表面上可以排布更多的圖案，圖案更加密集，從而能夠更大限度地提高LED的光提取率。一直以來，圖形化襯底技術的圖案設計都僅限于對于單一種類圖案的規則排布，如圓錐、六棱錐、三棱錐、半球等單一圖案的矩形或六角排布。在這種傳統的襯底圖案設計中，圖案間距不可能無極限地縮小，因此圖案存著一個有限的最密排布度。但是，即使在最密排布的圖案中，相鄰圖案之間仍然存在較多間隙，這部分間隙存在著進一步提升圖形化襯底LED光提取率的空間。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種具有主副雙圖案的LED圖形化襯底及LED芯片，大大提高了LED的光提取率。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種具有主副雙圖案的LED圖形化襯底，襯底上的圖案由排列在襯底表面的主圖案和副圖案組成；所述副圖案的體積小于主圖案的體積；所述副圖案排布在主圖案的間隙中。

所述主圖案采用矩形排布方式。

所述主圖案采用六角排布方式。

所述主圖案采用菱形排布方式。

所述主圖案采用圓周分布排布方式。

一種LED芯片，包含上述的具有主副雙圖案的LED圖形化襯底。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

本發明的LED圖形化襯底的圖案采用排列在襯底表面的主圖案和副圖案，副圖案排布在主圖案的間隙中，副圖案的體積小于主圖案的體積，該方案相對于單一種類圖案的圖形化襯底，襯底上的圖案更加密集，有利于更多的光線射出LED芯片，尤其有利于更多的光線從芯片頂部射出，大大提高了LED光提取率，為圖形化襯底技術提供了新的研究與應用方向。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1的LED芯片的示意圖。

圖2為本發明的實施例1的具有主副雙圖案的LED圖形化襯底的示意圖。

圖3為本發明的實施例1的主圖案的示意圖。

圖4為本發明的實施例2的具有主副雙圖案的LED圖形化襯底的示意圖。

圖5為本發明的實施例2的主圖案的示意圖。

圖6為本發明的實施例2的副圖案的示意圖。

圖7為本發明的實施例3的具有主副雙圖案的LED圖形化襯底的示意圖。

圖8為本發明的實施例3的主圖案的示意圖。

圖9為本發明的實施例3的副圖案的示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1