[發明專利]一種LED圖形襯底及LED芯片

在審

• 申請號: 201410284330.8
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104078540A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李國強;王海燕;喬田;周仕忠;林志霆;王凱誠;鐘立義
• 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襯底，特別涉及一種LED圖形襯底及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°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、半球形等，圖形襯底技術的應用效果已受到認可。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。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。

圖形襯底技術發展至今，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。然而，由于圖案刻蝕技術的發展限制，圖形襯底技術的圖案設計一直僅限于單一圖案的規則性排布，如圓錐、六棱錐、三棱錐、半球等單一圖案的矩形或六角排布。在這些傳統的襯底圖案設計中，圖案間距不可能無極限地縮小，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，而這部分的間隙將會大大地減小了圖形襯底LED光提取率的提升空間。并且，過密的襯底圖案不利于外延GaN晶體的形核及生長，因此圖形襯底圖案的設計及排布是優化LED出光效率的一大難題。

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LED圖形襯底，進一步提高圖形襯底上圖案的密集性，從而達到提高LED出光效率的目的。

本發明的另一目的在于提供包含上述的LED圖形襯底的LED芯片。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種LED圖形襯底，包括第一圓錐圖案和第二圓錐圖案；所述第一圓錐圖案的底面圓半徑r₁大于第二圓錐的底面圓半徑r₂。

所述第一圓錐圖案的底面圓半徑r₁為0.5～3μm，傾角α₁為30°～70°，相鄰第一圓錐圖案之間的間距d為1.5～9μm；所述第二圓錐圖案的底面圓半徑r₂為0.2～1.5μm，傾角α₂為30°～70°；其中d≥2r₁+2r₂。

所述第一圓錐圖案采用矩形排布方式。

所述第一圓錐圖案采用六角排布方式。

所述第二圓錐圖案排布在第一圓錐圖案的間隙中。

一種LED芯片，包含上述的LED圖形襯底。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明通過設置底面半徑不同的兩種圓錐圖案，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底部射出，大大提高了LED光提取率。

(2)本發明的LED圖形襯底，與普通單一圓錐圖案LED圖形襯底相比，其LED的側面光通量比例下降，頂部及底部光通量比例上升。結合目前的LED器件工藝，從LED芯片側面發射出的光線，由于封裝器具的原因，將與封裝材料發生一系列的反射、折射及光吸收等作用，這會大大減弱了實際發出的側面光通量。而本專利提出的圖形襯底技術，能夠在減小側面光通量比例的同時，提高頂部及底部的光通量比例，這無疑會大大提高LED器件發射出的有效光線的利用率。

附圖說明