[發明專利]一種弧形三棱錐圖形化LED襯底及LED芯片

在審

• 申請號: 201510217281.0
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104952992A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 李國強;龔振遠;韓晶磊;鐘立義;王凱誠;王海燕;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
• 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芯片領域，特別涉及一種弧形三棱錐圖形化LED襯底及LED芯片。

背景技術

如今節能已成為了當今時代發展的主題之一，節能已經成為發展的必然趨勢。照明用戶數量巨大，照明用電量則占總用電量的16％。GaN基的藍光LED是非常有潛力的綠色節能環保照明器具。LED的出光效率是由內量子效率和外量子效率共同決定的。目前LED制造技術已十分成熟，內量子效率達到較高的水平，提升的空間相對較小。然而GaN具有較高的折射系數(n＝2.45)，光線出射的臨界角[θ_c＝sin^-1(n_air/n_GaN)]僅為24.6°，導致LED芯片與空氣之間存在嚴重的全反射現象，外量子效率難以提高。后來針對這一問題提出的改善方案，如引入布拉格反射層、光子晶體、表面粗化等，都在一定程度上提高了LED的外量子效率。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。為滿足器件性能的要求，圖形襯底的設計已幾番更新，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。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。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的作用。簡單的幾何形狀的圖案已經不能滿足現在的需要，新型的幾何圖案需要研究與發現。

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弧形三棱錐圖形化LED襯底，大大提高了LED的出光效率，從而提高LED的外量子效率。

本發明的另一目的在于一種LED芯片。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種弧形三棱錐圖形化LED襯底，襯底的圖案由排列在襯底表面的多個形狀相同的弧形三棱錐組成；所述弧形三棱錐組成的任意水平截面為三條邊皆為圓弧的類三角形。

所述弧形三棱錐的三個側面為形狀相同的三個凸曲面。

所述類三角形的三段圓弧形狀相同。

所述弧形三棱錐的底面為底面類三角形，組成底面類三角形的圓弧對應的圓心角均為60°，對應的半徑為1.0～3.0μm；弧形三棱錐的高度為0.75～2.00μm。

所述多個形狀相同的弧形三棱錐采用矩形或六角排列方式。

相鄰弧形三棱錐的中心間距d為3～6μm。

一種LED芯片，包括上述的弧形三棱錐圖形化LED襯底。

所述LED芯片包括依次排列的弧形三棱錐圖形化LED襯底、N型GaN層、MQWs量子阱層和P型GaN層。

與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：

(1)本發明通過采用弧形三棱錐圖形化LED襯底，側面為曲面，可以讓光線的入射角小于全反射角，有利于讓更多地光線透射而出，對LED的出光效率的提高有著更明顯的效果。

(2)本發明通過弧形三棱錐圖形襯底，很大程度上提高了反射光子到達LED芯片頂部及底部的能力，從而使更多的光線從頂部、底部透射而出，增加了可被完全利用的有效光線，從整體上增強了圖形化藍寶石襯底GaN基LED的出光效率。

(3)本發明的弧形三棱錐型圖形襯底能夠在保持提高LED出光效率的前提下，減少對形核的不利影響。

(4)本發明相比于同等參數的三棱錐襯底圖案在底部和頂部上有更優的出光效率，因此本發明適合用于制作正裝或者倒裝LED。

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的弧形三棱錐圖形化LED襯底的示意圖。

圖3為本發明的實施例1的弧形三棱錐單體的示意圖。

圖4為本發明的實施例1的弧形三棱錐的排列方式示意圖。

圖5為本發明的實施例2的弧形三棱錐的排列方式示意圖。

具體實施方式