[發明專利]一種具有混合圖案的LED圖形優化襯底及LED芯片

在審

• 申請號: 201310530095.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103545412A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李國強;喬田;何攀貴;林志霆;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圖形化襯底，特別涉及一種具有混合圖案的LED圖形優化襯底及LED芯片。

背景技術

目前，為了提高GaN基LED的內量子效率和出光效率，LED研究當中已有多種技術被應用。其中包括側向外延生長技術、表面粗化、納米壓印技術以及金屬鏡面反射層技術等。近年來，如何利用圖形化襯底技術來有效地提高藍寶石襯底GaN基LED的出光效率，逐漸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?。ㄐ∮谌瓷渑R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。對此，科學家和專業技術人員已經有了多番研究。S.Suihkonen等人的實驗證明:具有較大高度的六角形圖案不僅增強了對光線的反射、散射作用，而且相對復雜的圖形分布更有利于側向外延，提高磊晶質量。具有尖錐狀凸起結構的錐形圖案也是如此，圖案高度一般為1～2μm，間隔為2～3μm，底寬為2～3μm，其斜角對LED的出光有較大的影響。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。

回顧過往，LED芯片的圖形化襯底圖案僅限于單一種類圖形的規則排布，如單一的圓錐、六棱錐、三棱錐、球形等的矩形或六角排布的圖形化襯底。研究內容也僅限于圖案的尺寸、間距優化。這極大地局限了人們的思維，限制了圖形化襯底技術的發展。

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混合圖案的LED圖形優化襯底及LED芯片，提高了LED芯片的光通量。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種具有混合圖案的LED圖形優化襯底，襯底的圖案由兩種以上圖案混合排列而成；同一種圖案的尺寸、形狀相同。

所述圖案采用排列矩形。

所述圖案采用六角排列方式。

襯底的圖案由兩種圖案混合排列。

在襯底的橫向上，同種圖案相鄰排列；在襯底的縱向上，兩種圖案交替排列。

在襯底的縱向上，同種圖案相鄰排列；在襯底的橫向上，兩種圖案交替排列。

一種LED芯片，包括上述具有混合圖案的LED圖形優化襯底。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

本發明通過采用具有混合圖案的LED圖形優化襯底，當不同種圖案的尺寸大小相差較大時，這種新型的排布方式從一定意義上增加了圖形化襯底上的圖案的密排程度；當不同種圖案的大小相當時，由于相鄰的圖案所對的面與單一圖形襯底中的不同，圖案對光的反射關系發生了改變，使得某個或某些面的光通量的到增加，通過調整相應的參數，即可得到更高的LED芯片的光通量，進而得到更加高效的LED芯片。

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的具有混合圖案的LED圖形優化襯底的示意圖。

圖3為本發明的實施例1的襯底的一種圖案的示意圖。

圖4為本發明的實施例1的襯底的另一種圖案的示意圖。

圖5為本發明的實施例1中的六棱錐-圓錐混合圖案LED芯片的總光通量隨傾角的變化趨勢對比圖。

圖6為本發明的實施例1中的六棱錐-圓錐混合圖案LED芯片的頂底總光通量隨傾角α的變化趨勢對比圖。

圖7為本發明的實施例2的具有混合圖案的LED圖形優化襯底的示意圖。

圖8為本發明的實施例2的襯底的一種圖案的示意圖。