[实用新型]一种经图案优化的LED芯片的图形化衬底及LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及LED芯片，特别涉及一种经图案优化的LED芯片的图形化衬底及LED芯片。

背景技术

为了提高GaN基LED的内量子效率和出光效率，目前已有多项技术被应用在LED研究当中，如侧向外延生长技术、表面粗化、纳米压印技术以及金属镜面反射层技术等。而近年来提出的图形化衬底技术能有效地提高蓝宝石衬底GaN基LED的出光效率，成为了目前蓝宝石衬底GaN基LED领域研究的热点。作为图形化衬底技术的关键，衬底图案演变至今，对LED光提取效果和外延质量改善显著，已成为提高LED性能的重要途径。

衬底图案对LED光学性能的提高体现为两方面：一方面，图案通过散射/反射改变光的轨迹，使光在界面出射的入射角变小（小于全反射临界角），从而透射而出，提高光的提取率；另一方面，图案还可以使得后续的GaN生长出现侧向磊晶的效果，减少晶体缺陷，提高内量子效率。为满足器件性能的要求，图案的设计已几番更新，从最初的槽形到六角形、锥形、棱台型等，图形化衬底技术的应用效果已受到认可。

衬底的图案是图形化衬底技术的关键，对LED的出光效率起着决定性作用。作为影响光路的直接因素，图案的参数（包括边长、高度和间距等）在选择上势必会影响LED的性能。J.H.Cheng等人报道过，锥形图案会导致较大的位错。为了减少位错，应该采取较小的斜面角，但是小斜面角会削弱图形对光的反射或散射效应，因此需要寻求一个平衡点。D.S.Wuu等人利用湿法刻蚀技术在蓝宝石衬底上制备边长为3μm，深度为1.5μm的正三棱锥图形，采用MOCVD法生长GaN并制成芯片，对其进行光学测试，发现图形蓝宝石衬底GaN基LED的外量子效率因图案密度的改变而有所不同，图形化衬底LED的输出功率比普通LED的输出功率提升25%。另外，R.Hsueh等人用纳米压印技术在蓝宝石衬底上制备纳米级的衬底图案，该衬底制造出的LED芯片的光强和出光率都高于普通蓝宝石衬底LED，分别提高了67%和38%，也优于微米级图形衬底LED。但并非图形尺寸越小，LED的性能就越好，图形尺寸和LED性能间的关系仍然需要权衡。研究表明：随着图案间距的减小，在GaN和蓝宝石界面易出现由于GaN生长来不及愈合而产生的空洞，并造成外延层更多的位错，即便光提取效率有所提升，但外延层位错的增加会降低LED芯片寿命。另外，纳米级图案制造成本高，产业化比较困难，也大大限制了其推广应用。由此可见，图形尺寸和LED性能的优化还需要进一步研究。

即便图形化衬底已大幅度提高LED的出光效率，但对于以三棱锥为基本图案的图形衬底，目前仍未有研究能准确指出其最佳图案高度、间距、图案密度等，三棱锥图形衬底图案的应用缺乏一套系统的设计指标。此外，在图案尺寸的优化问题上，解决尺寸缩小与其对GaN生长质量造成破坏间的权衡，在提高出光效率的前提下保证更好的磊晶质量，做到真正意义上的提高LED性能方面，仍然有待研究。因此，确定三棱锥图形化衬底图案的最优化参数亟待解决。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种经图案优化的LED芯片图形化衬底，具有出光效率高的优点。

本实用新型的另一目的在于提供包括上述图形化衬底的LED芯片。

本实用新型的目的通过以下方案实现：

一种经图案优化的LED芯片的图形化衬底，衬底的图案由排列在衬底表面的多个形状相同的正三棱锥组成，正三棱锥的倾角α为60°~65°；相邻正三棱锥的间距d为所述正三棱锥的边长a的1~1.4倍。

所述多个形状相同的正三棱锥采用矩形排列方式。

所述多个形状相同的正三棱锥采用六角排列方式。

一种LED芯片，包括上述的经图案优化的LED芯片的图形化衬底。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

（1）本实用新型通过优化正三棱锥图形化衬底的图案参数，大大提高了反射光子到达LED芯片顶部的能力，从而使更多光线反射至芯片顶部，增强图形化衬底GaN基LED的出光效率，相比普通的无图案衬底LED，总光通量增大到2.46倍，顶部光通量增大到3.38倍，底部光通量增大到2.65倍。

（2）本实用新型具有比普通衬底LED芯片更优的出光效率，正三棱锥图形符合GaN晶体的晶格结构，实际加工容易获得目标图案，便于推广应用。

（3）本实用新型采用优化的图案参数，避免边缘间距太大或太小造成的磊晶缺陷，进一步改善了磊晶质量，从而提高了LED的内量子效率。

附图说明

图1为实施例1的LED芯片的示意图。