[发明专利]一种弧形三棱锥图形化LED衬底及LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片领域，特别涉及一种弧形三棱锥图形化LED衬底及LED芯片。

背景技术

如今节能已成为了当今时代发展的主题之一，节能已经成为发展的必然趋势。照明用户数量巨大，照明用电量则占总用电量的16％。GaN基的蓝光LED是非常有潜力的绿色节能环保照明器具。LED的出光效率是由内量子效率和外量子效率共同决定的。目前LED制造技术已十分成熟，内量子效率达到较高的水平，提升的空间相对较小。然而GaN具有较高的折射系数(n＝2.45)，光线出射的临界角[θ_c＝sin^-1(n_air/n_GaN)]仅为24.6°，导致LED芯片与空气之间存在严重的全反射现象，外量子效率难以提高。后来针对这一问题提出的改善方案，如引入布拉格反射层、光子晶体、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。为满足器件性能的要求，图形衬底的设计已几番更新，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。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。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的作用。简单的几何形状的图案已经不能满足现在的需要，新型的几何图案需要研究与发现。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种弧形三棱锥图形化LED衬底，大大提高了LED的出光效率，从而提高LED的外量子效率。

本发明的另一目的在于一种LED芯片。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种弧形三棱锥图形化LED衬底，衬底的图案由排列在衬底表面的多个形状相同的弧形三棱锥组成；所述弧形三棱锥组成的任意水平截面为三条边皆为圆弧的类三角形。

所述弧形三棱锥的三个侧面为形状相同的三个凸曲面。

所述类三角形的三段圆弧形状相同。

所述弧形三棱锥的底面为底面类三角形，组成底面类三角形的圆弧对应的圆心角均为60°，对应的半径为1.0～3.0μm；弧形三棱锥的高度为0.75～2.00μm。

所述多个形状相同的弧形三棱锥采用矩形或六角排列方式。

相邻弧形三棱锥的中心间距d为3～6μm。

一种LED芯片，包括上述的弧形三棱锥图形化LED衬底。

所述LED芯片包括依次排列的弧形三棱锥图形化LED衬底、N型GaN层、MQWs量子阱层和P型GaN层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明通过采用弧形三棱锥图形化LED衬底，侧面为曲面，可以让光线的入射角小于全反射角，有利于让更多地光线透射而出，对LED的出光效率的提高有着更明显的效果。

(2)本发明通过弧形三棱锥图形衬底，很大程度上提高了反射光子到达LED芯片顶部及底部的能力，从而使更多的光线从顶部、底部透射而出，增加了可被完全利用的有效光线，从整体上增强了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的出光效率。

(3)本发明的弧形三棱锥型图形衬底能够在保持提高LED出光效率的前提下，减少对形核的不利影响。

(4)本发明相比于同等参数的三棱锥衬底图案在底部和顶部上有更优的出光效率，因此本发明适合用于制作正装或者倒装LED。

附图说明

图1为本发明的实施例1的LED芯片的示意图。

图2为本发明的实施例1的弧形三棱锥图形化LED衬底的示意图。

图3为本发明的实施例1的弧形三棱锥单体的示意图。

图4为本发明的实施例1的弧形三棱锥的排列方式示意图。

图5为本发明的实施例2的弧形三棱锥的排列方式示意图。

具体实施方式