[实用新型]一种塔状图案的图形化LED衬底及LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及图形化LED衬底，特别涉及一种塔状图案的图形化LED衬底及LED芯片。

背景技术

目前，为了提高GaN基LED的内量子效率和出光效率，诸多新技术被应用，其中包括侧向外延生长技术、表面粗化、图形化衬底技术以及金属镜面反射层技术等。近年来，如何利用图形化衬底技术来有效地提高蓝宝石衬底GaN基LED的出光效率，逐渐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，使光在空气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。对此，科学家和专业技术人员已经有了多番研究。S.Suihkonen等人的实验证明:具有较大高度的六角形图案不仅增强了对光线的反射、散射作用，而且相对复杂的图形分布更有利于侧向外延，提高磊晶质量。具有尖锥状凸起结构的锥形图案也是如此，图案高度一般为1～2μm，间隔为2～3μm，底宽为2～3μm，其斜角对LED的出光有较大的影响。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。然而，根据实际使用的情况来看图形尺寸并非越小越好，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，即使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。

目前，图形化衬底图案仅限于单种图案的简单线阵排列或六角排列。这虽然能够使得出光率得到一定程度的提高，但是随着科技的进步和人们对照明工具要求的不断提高，它们已经不能够完全满足人们的需要。

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塔状图案的图形化LED衬底，增加了折射反射面，使得光强和出光效率与相同尺寸的普通圆锥型图形化衬底相比均有不同程度的提高，具有广泛的应用前景。

本实用新型的另一目的在于提供一种包含上述塔状图案的图形化LED衬底的LED芯片。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种塔状图案的图形化LED衬底，衬底图案由排列在衬底表面的多个形状相同的塔状图案组成；

所述塔状图案为由m个带内凹的圆台和一个圆锥组成的一体结构；m≥1；

所述m个带内凹的圆台按由大到小的顺序由下至上依次排列；

其中，第i带内凹的圆台的顶部设有第i圆柱状的内凹；

令第i带内凹的圆台所对应的圆台为第i圆台；令第i圆柱状的内凹所对应的圆柱为第i圆柱；

则第i圆台的上底面即为第i圆柱的上底面；第i圆柱的下底面即为第i+1圆台的下底面；第m圆柱的下底面即为圆锥的底面；1≤i≤m；

第i圆柱的高度h_i.>0。

所述塔状图案的高度H为0.5～2μm，底面半径R为0.5～3μm。

所述多个形状相同的塔状图案采用矩形排列方式。

所述多个形状相同的塔状图案采用菱形排列方式。

所述多个形状相同的塔状图案采用圆形排列方式。

所述多个形状相同的塔状图案采用六角排列方式。

一种LED芯片，包括上述的塔状图案的图形化LED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：

本实用新型提供了一种新型的复合构型的塔状LED图形化衬底，突破了原有的普通圆锥型图形化衬底图案的思维局限，增加了折射反射面，使得光强和出光效率大大提高；与无图案的图形化衬底相比，顶部光通可提高2.70倍左右，底部光通可提高2.43倍左右，侧面光通可提高2.65倍左右，总光通量可提高2.60倍左右；与相同尺寸的简单圆锥型图形化衬底相比，顶部光通量可提高1.17倍左右，底部光通量可提高1.27左右，具有广泛的应用前景。