一种具有主副双图案的LED图形化衬底及LED芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种具有主副双图案的LED图形化衬底，衬底上的图案由排列在衬底表面的主图案和副图案组成；所述副图案的体积小于主图案的体积；所述副图案排布在主图案的间隙中。本发明专利技术还公开了包括上述具有主副双图案的LED图形化衬底的LED芯片。本发明专利技术与普通LED图形化衬底相比，其衬底上的图案更加密集，有利于更多的光线射出LED芯片，尤其有利于更多的光线从芯片顶部射出，大大提高了LED的光提取率，为图形化衬底技术提供了新的研究与应用方向。

LED patterned substrate with master and vice patterns and LED chip

The invention discloses a pair of main pattern of LED patterned substrate, a pattern on a substrate arranged in the main pattern of the substrate surface and side pattern; the pattern size is less than the volume of the main pattern; pattern arranged in the gap of the main pattern in. The invention also discloses a LED chip including the LED patterned substrate with main and auxiliary patterns. Compared with ordinary LED patterned substrate of the invention, the more intensive the pattern on a substrate, is conducive to more light emitting LED chip, especially in favor of more light emitted from the top of the chip, greatly improving the light extraction rate of LED, provides a new direction for the research and application of patterned substrate technology.

【技术实现步骤摘要】
—种具有主副双图案的LED图形化衬底及LED芯片
本专利技术涉及LED及LED芯片，特别涉及一种具有主副双图案的LED图形化衬底及LED芯片。
技术介绍
近年来，GaN基LED因具有亮度高、能耗低、寿命长等诸多优点，被广泛应用于交通指示灯、IXD背光源、全彩显示器和通用照明领域等。然而，GaN材料的折射率(n=2.45)与空气(n=l.0)之间存在巨大差异，全反射临界角仅为24度左右，这导致光线在芯片内部发生显著的全反射现象而无法射出LED，大大降低了 LED的光提取率。后来针对这一问题提出了改善方案，如引入布拉格反射层、光子晶体，表面粗化和衬底图形化等。其中，图形化衬底技术不仅能提高光提取率，还能提高内量子效率。一方面，衬底上的图案通过折射和反射改变光的轨迹，使光在界面出射的入射角变小(小于全反射临界角)，从而得以透射而出，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。图形化衬底技术的关键在于对衬底图案的设计，其对LED的出光效率起着决定性作用。为满足器件性能的要求，图案的种类已几番更新，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。S.Suihkonen等人的实验证明:具有较大高度的六角形图案增强了对光线的反射、散射作用，并且具有尖锥状凸起结构的锥形图案的倾斜角对LED的出光有较大的影响。Lee等人使用ICP刻蚀获得圆锥体图形化蓝宝石衬底，在20mA电流的驱动下，获得的LED的输出功率提高了 35% ；Su等人分别在蓝宝石衬底上制造出纳米级圆孔图案和微米级圆孔图案，其结果显示，纳米级图案相比微米级图案有更好的出光效率。C.C.Wang等人认为单位面积内图形尺度的减小能够增加反射面从而提高光线的出射几率。目前的研究已经证明随着衬底上相邻图案之间距离的缩小，LED芯片的光提取率明显增加。其原因在于，图案之间的距离缩小使单位面积的衬底表面上可以排布更多的图案，图案更加密集，从而能够更大限度地提高LED的光提取率。一直以来，图形化衬底技术的图案设计都仅限于对于单一种类图案的规则排布，如圆锥、六棱锥、三棱锥、半球等单一图案的矩形或六角排布。在这种传统的衬底图案设计中，图案间距不可能无极限地缩小，因此图案存着一个有限的最密排布度。但是，即使在最密排布的图案中，相邻图案之间仍然存在较多间隙，这部分间隙存在着进一步提升图形化衬底LED光提取率的空间。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种具有主副双图案的LED图形化衬底及LED芯片，大大提高了 LED的光提取率。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种具有主副双图案的LED图形化衬底，衬底上的图案由排列在衬底表面的主图案和副图案组成；所述副图案的体积小于主图案的体积；所述副图案排布在主图案的间隙中。所述主图案采用矩形排布方式。所述主图案采用六角排布方式。所述主图案采用菱形排布方式。所述主图案采用圆周分布排布方式。一种LED芯片，包含上述的具有主副双图案的LED图形化衬底。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果:本专利技术的LED图形化衬底的图案采用排列在衬底表面的主图案和副图案，副图案排布在主图案的间隙中，副图案的体积小于主图案的体积，该方案相对于单一种类图案的图形化衬底，衬底上的图案更加密集，有利于更多的光线射出LED芯片，尤其有利于更多的光线从芯片顶部射出，大大提高了 LED光提取率，为图形化衬底技术提供了新的研究与应用方向。 【附图说明】图1为本专利技术的实施例1的LED芯片的示意图。图2为本专利技术的实施例1的具有主副双图案的LED图形化衬底的示意图。图3为本专利技术的实施例1的主图案的示意图。图4为本专利技术的实施例2的具有主副双图案的LED图形化衬底的示意图。图5为本专利技术的实施例2的主图案的示意图。图6为本专利技术的实施例2的副图案的示意图。图7为本专利技术的实施例3的具有主副双图案的LED图形化衬底的不意图。图8为本专利技术的实施例3的主图案的示意图。图9为本专利技术的实施例3的副图案的示意图。【具体实施方式】下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1图1为本实施例的LED芯片的不意图，由依次排列的具有主副双图案的LED图形化衬底11，N型GaN层12，MQW量子阱层13，P型GaN层14组成。如图2所示，本实施例的具有主副双图案的LED图形化衬底，衬底上的图案由排列在衬底表面的主图案15和副图案16组成；主图案和副图案主图案采用同一种图案，即圆锥图案；其中，如图2~3所示，主图案圆锥的底面圆半径1^为1.5μπι，倾角\为60°，相邻主图案中心的间距为5.0 μ m,排布方式为六角排布；副图案圆锥的底面圆半径为0.7μηι,倾角为45°，排布在主图案圆锥的间隙中。采用光学分析软件TracePiO对本专利技术的LED芯片的图形化衬底做模拟测试，模拟测试过程如下:(I)衬底构建:采用TracePro自带的建模功能实现衬底的制作，衬底尺寸为120 μ mX 120 μ mX 100 μ m,呈长方体状。(2)主图案制作:采用SolidWorks的作图功能实现圆锥图案的制作，圆锥的倾角为60° ,底面半径为1.5 μ m,相邻圆锥中心的间距为5.0 μ m。(3)副图案制作:圆锥的底面圆半径为0.7 μ m，倾角为45°。(4)图案的排布:主图案圆锥排布方式为六角排布，副图案排布在主图案的间隙之中，如图2所示。(5)外延层构建:采用TracePro自带的建模功能实现N型GaN层、MQW量子阱层、P型GaN层的制作，N型GaN层尺寸为120 μ mX 120 μ mX4 μ m，MQW量子阱层尺寸为120ymX120ymX75nm，P 型 GaN 层尺寸为 120 μ mX 120 μ mX 0.2 μ m，均呈长方体状。(6)祀面构建:采用TracePro自带的建模功能实现六层祀面的制作,六层祀面分别置于LED芯片的上、下、前、后、左、右方向，上、下靶面尺寸为120μπιΧ120μπιΧ0.0lym,前、后、左、右靶面尺寸为100 μ mX 104.275 μ mX0.0l μ m。(7) N型GaN层与图形化衬底接触面相应图案构建:插入SolidWorks建立的图案层于衬底层之上，采用TracePiO的差集功能实现N-GaN层相应图案构建。(8)各材料层的参数设定:蓝宝石衬底的折射率为1.67，N型GaN、MQff量子讲、P型GaN材质折射率均为2.45，四者均针对450nm的光，温度设置为300K，不考虑吸收与消光系数的影响。(9)量子阱层表面光源设定:量子阱层上下表面各设置一个表面光源属性，发射形式为光通量，场角分布为Lambertian发光场型，光通量为5000a.u.，总光线数3000条，最少光线数10条。(10)光线追迹:利用软件附带的扫光系统，对上述构建的LED芯片模型进行光线追踪，分别获取顶部、底部、侧面的光通量数据。测试结果如下:顶部光通量1993a.u.，底部光通量2324a.u.，侧面光通量3332a.u.，总光通量7649a.u.。与无图案衬底相比，顶部光通量提升172%，底部光通量提升16本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有主副双图案的LED图形化衬底，其特征在于，衬底上的图案由排列在衬底表面的主图案和副图案组成；所述副图案的体积小于主图案的体积；所述副图案排布在主图案的间隙中。

【技术特征摘要】
1.一种具有主副双图案的LED图形化衬底，其特征在于，衬底上的图案由排列在衬底表面的主图案和副图案组成；所述副图案的体积小于主图案的体积；所述副图案排布在主图案的间隙中。2.根据权利要求1所述的具有主副双图案的LED图形化衬底，其特征在于，所述主图案采用矩形排布方式。3.根据权利要求1所述的具有主副双图案的LED图形化衬底，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，林志霆，何攀贵，乔田，周仕忠，王海燕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：