氮化镓基发光二极管的图案化的衬底及使用其的发光二极管制造技术

本发明专利技术提供一种氮化镓基发光二极管的图案化的衬底，包括：具有图案的图案化的衬底，其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凸起形状具有高度(h)，以及其中[直径(d)/节距(p)]的值大于(2.6)/3，且等于或小于3/3。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年5月19日提交的韩国专利申请No.2015-0069943以及2015年4月23日提交的韩国专利申请No.2015-0057510的权益，其全部内容通过参照包括于此。
本专利技术涉及氮化镓基发光二极管的图案化的衬底以及使用该衬底的发光二极管。本专利技术可以提供图案化的衬底中的最优化的图案。
技术介绍
发光二极管(LED)作为光源的应用，诸如器件上的指示灯、交通灯、汽车照明、室内室外照明(包括路灯)，吸引了很大的关注。这是由于它们的低能耗，长寿命，鲁棒性，无暖机时间，有利的可控性以及良好的色彩再现。为了包括更广泛的应用范围，LED效率需要提高。LED的光提取效率(LEE)是一个重要参数。LED的LEE被定义为从LED芯片发射到自由空间中的光子的数量和从LED芯片内部的有源区发射的光子的数量的比率。它受LED半导体芯片内部的全内反射(TIR)限制，LED半导体芯片典型地具有比周围的材料更大的折射率。当从半导体内部的有源区产生的光入射到半导体和周围空间之间的界面上时，如果发射光的角度超过临界角，则发生TIR，且光被陷禁在半导体的内部，最终以热的形式散发。因为半导体和周围空间之间存在大的折射率的差异，故LED的LEE典型地较小。例如，氮化镓(GaN)的折射率是2.5，以简单的矩形形状射入到自由空间中的GaN基LED芯片的LEE只有4％。已经使用过很多方法提高LEE，包括图案化的蓝宝石衬底(PSS)。例如，在韩国公开的专利申请No.2012-84839中报道过。PSS在蓝宝石的整个顶表面上采用阵列图案以形成LED衬底。LED芯片内部的光的散射及多重反射可以随着这些结构而加强，破坏TIR条件，从而提高LEE。PSS还可以用于降低LED外延层的生长过程中的穿透位错密度。但是，对于提高图案化的衬底的质量仍然有很多要求。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种氮化镓基发光二极管的图案化的衬底，包括：具有图案的图案化的衬底，其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凸起形状且具有高度(h)，以及其中[直径(d)/节距(p)]的值大于(2.6)/3，且等于或小于3/3。优选地，所述高度(h)大于(d/2)–0.10μm，且小于(d/2)+0.10μm。所述高度(h)为(d/2)。优选地，所述氮化镓基发光二极管为水平型。根据本专利技术另一方面，提供一种具有图案化的衬底的氮化镓基发光二极管，包括：具有图案的图案化的衬底；其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凸起形状且具有高度(h)，以及其中[直径(d)/节距(p)]的值大于(2.6)/3，且等于或小于3/3。本专利技术其它方面提供一种倒装氮化镓基发光二极管的图案化的衬底，包括：衬底的一个侧面上具有图案的图案化的衬底，其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凹入形状且具有高度。优选地，所述图案为三角锥体。优选地，在所述衬底的另一个侧面上，提供有随机图案，所述随机图案等于或小于LED的峰值波长。附图说明本专利技术上述的和其它的目的、特征和优点从下面结合附图对实施例的描述中将对本领域技术人员变得明显，其中：图1为根据本专利技术实施例的包括图案化的衬底的平面LED的剖面图；图2示出根据本专利技术实施例的图案化的衬底中的各种图案化的形状；图3示出图2的周期性图案；图4-6为示出根据本专利技术实施例的模拟结果的示图；图7示出根据本专利技术实施例的包括图案化的衬底的倒装型LED的剖面图；图8示出根据本专利技术实施例的图案化的衬底中的各种图案化的形状；图9示出根据本专利技术实施例的示出模拟结果的示图；图10和图11示出具有各种椎体图案的倒装型LED的模拟的相对LEE(光提取效率)。具体实施方式下面将参考附图详细描述本专利技术示例性实施例。尽管结合其示例性实施例示出和描述
本专利技术，在不脱离本专利技术的精神和范围的前提下可以进行各种修改，这对本领域技术人员而言是明显的。(平面型LED)图1为根据本专利技术实施例的包括图案化的衬底的平面型发光二极管的剖面图。参考图1，根据本专利技术实施例的平面型发光二极管包括蓝宝石衬底10，缓冲层20，第一掺杂类型层30，有源层40和第二掺杂类型层50。在蓝宝石衬底10的一个表面上提供有多个图案11。该多个图案中的每个具有带半圆形剖面的凸起形状。多个图案11可以具有多边形类型，诸如三角形、正方形、六边形以及圆形。在根据本专利技术实施例的光子器件中，第一掺杂类型层30和第二掺杂类型层50可以分别通过电极(未示出)连接至外端子。例如，有源层40和第二掺杂类型层50的一些部分水平地去除成平顶山(mesa)形状。在这种情况下，一个电极片(未示出)设立在第二掺杂类型层50上或者第二掺杂类型层50上的透明电极层上。另一个电极片设置在第一掺杂类型层30上。但是，本专利技术不限于这种平顶山类型的LED。其它类型的LED也包括在本专利技术中。例如，电极片设置在垂直或水平型的平面LED的每个表面上。图2示出根据本专利技术实施例的图案化的衬底中的各种图案化的形状。参考图2，具有圆形基底的锥体图案也被称为圆锥体。考虑椎体的四种不同的剖面：凸起、凹入、截头凸起和截头凹入。蓝宝石衬底上的图案的整体布置为矩形六边形排列(或蜂窝状)，这种排列由于其高度的集成而应用广泛。图3示出四种不同基底的阵列图案的平面图。在图中示出的示例中，外接圆的直径与节距(p)相等，即图案为紧密的外接圆阵列。除了图案的垂直高度，我们独立改变外接圆直径和节距，然后对每个图案实施模拟。图4示出具有各种多边形椎体图案的光子器件的模拟的相对LEE(光提取效率)。该模拟从典型的节距p＝3.0μm开始。我们接着在范围1.2≤d≤3.0μm内(即d在0.4≤d/p≤1范围内)改变每个图案中的外接圆的直径，。图案的高度为h＝d/2，使得倾斜边缘和基底间的夹角为45°。四个矩形的椎体基底(即n＝3,4,6,和∞)独立考虑，凸起类型考虑用于椎体的剖面。对于每个具有固定图案节距的基底形状，LEE随着外接圆直径的增加而增加。换言之，LEE随着图案化的表面的比例的增加而增加，以及当外接圆直径为其最大值(即d＝p，紧密的阵列)时,LEE达到最大值。这个结果是可以预期的，因为可以预测陷禁在结构内部的光的散射将作为被图案覆盖的表面的比例的函数而增加。对于固定的外接圆直径，圆形基底的椎
体比那些n＝3，4或6的展示出更大的LEE。这与上述结果是一致的，因为圆形基底具有最大比例的图案化的表面区域。六边形基底的椎体展示出比正方形基底的椎体大的LEE；但是，三角形基底的结构展示出比正方形或六边形基底的椎体大的LEE，尽管事实是三角形结构具有最大的非图案化的平面表面区域比例。因此n＝3和n＝∞的椎体是优选的。当比率随着外接圆直径保持固定时，使得我们具有紧密的外接圆阵列(倾斜边缘和基底之间的夹角为45°，非图案化的平面表面的比例不改变)，LEE不作为图案节距的函数而改变。因而断定，在图案高度上我们可以具有选择的自由度，使得我们在用于生长LED结构的蓝宝石刻蚀和外延的条件上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管的图案化的衬底，包括：具有图案的图案化的衬底，其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凸起形状且具有高度(h)，以及其中[直径(d)/节距(p)]的值大于(2.6)/3，且等于或小于3/3。

【技术特征摘要】
2015.04.23 KR 10-2015-0057510;2015.05.19 KR 10-2011.一种氮化镓基发光二极管的图案化的衬底，包括：具有图案的图案化的衬底，其中多个所述图案为具有直径(d)的圆形类型，所述图案的中心之间的距离为节距(p)，以及所述图案的剖面为凸起形状且具有高度(h)，以及其中[直径(d)/节距(p)]的值大于(2.6)/3，且等于或小于3/3。2.根据权利要求1所述的图案化的衬底，其中所述高度(h)大于(d/2)–0.10μm，且小于(d/2)+0.10μm。3.根据权利要求2所述的图案化的衬底，其中所述高度(h)为(d\...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴时贤，崔浩，
申请(专利权)人：岭南大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR