CN220306274U - 一种图形化复合衬底及其led外延结构 - Google Patents
一种图形化复合衬底及其led外延结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220306274U CN220306274U CN202221350789.XU CN202221350789U CN220306274U CN 220306274 U CN220306274 U CN 220306274U CN 202221350789 U CN202221350789 U CN 202221350789U CN 220306274 U CN220306274 U CN 220306274U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- silicon dioxide
- micro
- dioxide layer
- nano
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 24
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 11
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本实用新型涉及半导体领域，公开了一种图形化复合衬底及其LED外延结构，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构（101）的衬底本体（1），相邻凸起结构（101）之间具有隔离沟槽（103），在凸起结构（101）的表面覆盖有二氧化硅层（104），二氧化硅层（104）具有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构（102）。本衬底中的凸起结构的表面具有二氧化硅层且二氧化硅层上具有纳米级微结构，这种纳米级微结构相当于增加了凸起结构的密度，增大了其反射表面积，有利于提高LED器件的出光效率；较低折射率的二氧化硅层也能够进一步提高LED内部光子的反射效果。此外，高占空比图案提升了侧向外延效果，有利于改善LED器件的内量子效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种具有微纳结构的图形化复合衬底及其LED外延结构。
背景技术
半导体发光二极管(light-emission diodes，LEDS)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，蓝、绿光GaN基LED芯片在显示、照明领域发展迅速；国内LED照明已经取代普通照明约30％份额，为继续提高LED在照明市场普及率，需要继续提升LED在光亮度、光品质方面的性能。目前主流蓝绿GaN基LED外延片95％以上都是使用蓝宝石基板做衬底材料，蓝宝石衬底因硬度大、透光率高、工艺成熟等特点，在今后主流LED市场仍将会是最主要的衬底材料。目前采用的蓝宝石衬底基本上都是进行了图形化( Patterned SapphireSubstrates，PSS)加工后再用于LED外延生长。因为在PSS衬底上生长氮化镓外延层可以减少外延缺陷，提高外延层晶体质量以提高LED电学特性；另外，蓝宝石的折射率为1.8，氮化镓的折射率为2.5，由于折射率的差异，当光从氮化镓外延层进入蓝宝石图形衬底时，会形成全反射，从而改善GaN基发光二极管出光率。基于PSS衬底的外延材料制成的LED器件参数表明，其20A/cm2电流密度下相同尺寸芯片的光功率相比蓝宝石平片衬底制作的器件光功率增加约30％，因此采用PSS衬底是提高氮化镓基发光二极管出光效率的一种有效方法。
现有技术中PSS衬底普遍为金字塔形状的立体图案，如图1，这种具有金字塔形状立体图案的PSS衬底主要是依靠金字塔的锥形表面对LED的出光反射，想要更多的对LED的出光进行反射，就需要尽可能的在衬底上将这种金字塔形状的立体图案做的更密集，但是由于蓝宝石衬底（Al2O3）较硬，刻蚀较困难，图案分布较密集时很难控制刻蚀深度和精度。
实用新型内容
实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种具有微纳结构的图形化复合衬底及其LED外延结构，本衬底中的凸起结构的表面具有二氧化硅层且二氧化硅层上具有纳米级微结构，这种纳米级微结构相当于增加了凸起结构的密度，增大了其反射表面积，有利于提高LED器件的出光效率；较低的折射率二氧化硅层也能够进一步提高LED内部光子的反射效果。此外，高占空比图案提升了侧向外延效果，有利于改善LED器件的内量子效率。
技术方案：本实用新型提供了一种具有微纳结构的图形化衬底，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构的衬底本体，相邻所述凸起结构之间具有隔离沟槽，在所述凸起结构的表面覆盖有二氧化硅层，所述二氧化硅层具有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构。
优选地，所述二氧化硅层的厚度w为10~1000 nm。
优选地，所述纳米级微结构的粒径范围为10~500 nm，高度范围为5~900 nm，间距范围为0~100 nm。
优选地，所述凸起结构为圆锥体、金字塔状或导弹状结构。
优选地，所述凸起结构的周期P范围为1000 nm~ 5000 nm，底径为800 nm~ 4900nm，高度为500 nm~3000 nm。
本实用新型还提供了一种具有微纳结构的LED外延结构，包括所述的图形化衬底。
进一步地，所述的具有微纳结构的LED外延结构，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层、发光层和P型层。
有益效果：本申请中具有微纳结构的图形化衬底中，凸起结构的整个表面均覆盖有二氧化硅层，二氧化硅层上具有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构，衬底本体通常是蓝宝石材质，二氧化硅的折射率比蓝宝石低，所以二氧化硅层的设置能够提高衬底的反射率，提高衬底的出光效率，进一步提高LED内部光子的反射效果；而二氧化硅层上与其一体结构且材质相同的纳米级微结构的设置则相当于增加了凸起结构的密度，进一步提高了衬底的反射表面积和出光效率；增大衬底C面的图案化占比有利于提升侧向外延效果（衬底上没有凸起结构时，是个平面，这个平面就是C面，C面图案化就是在C面上做图案，做了图案后C面面积减小，衬底晶体质量变好，则能够提升侧向外延效果），改善LED器件的内量子效率。
附图说明
图1为现有技术中具有金字塔形状立体图案的蓝宝石衬底的侧视剖视图；
图2为实施方式1中具有微纳结构的图形化衬底的结构示意图；
图3为图2的部分结构放大示意图；
图4为具有微纳结构的图形化复合衬底的扫描电子显微镜图片，其中上方为俯视图，下方为横截面图；
图5为包含具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。
本实施方式提供了一种具有微纳结构的图形化衬底，如图2和3所示，包括表面具有微米级周期性排布的圆锥体结构凸起结构101的衬底本体1，凸起结构101的周期P为2000nm，在凸起结构101的整个表面均覆盖有厚度w为300 nm的二氧化硅层104，二氧化硅层104的表面具有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构102，这些纳米级微结构102粒径范围为10~300 nm、高度范围为5~200 nm、间距范围为0~100 nm。如图4为其制备出的上述图形化衬底的扫描电子显微镜图片。二氧化硅层104的设置能够提高衬底的反射率，提高衬底的出光效率；而二氧化硅层104上与其一体结构且材质相同的纳米级微结构102的设置则相当于增加了凸起结构101的密度，进一步提高了衬底的反射表面积和LED器件的出光效率。
图5所示为LED外延结构，包括上述具有纳米级微结构102的图形化衬底，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层2、发光层3和P型层4。具有上述图形化衬底的LED外延结构，由于衬底C面图案化提升侧向外延效果，能够改善LED器件的内量子效率。
上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有微纳结构的图形化复合衬底，其特征在于，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构（101）的衬底本体（1），相邻所述凸起结构（101）之间具有隔离沟槽（103），在所述凸起结构（101）的表面覆盖有二氧化硅层（104），所述二氧化硅层（104）具有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构（102）。
2.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化复合衬底，其特征在于，所述二氧化硅层（104）的厚度w为10~1000 nm。
3.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述纳米级微结构（102）的粒径范围为10~500 nm，高度范围为5~900 nm，间距范围为0~100 nm。
4.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）为圆锥体、金字塔状或导弹状结构。
5.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）的周期P范围为1000 nm~ 5000 nm。
6.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）的底径d为800 nm~ 4900 nm，高度h为500 nm~3000 nm。
7.一种具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的图形化衬底。
8.根据权利要求7所述的具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构，其特征在于，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层（2）、发光层（3）和P型层（4）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221350789.XU CN220306274U (zh) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | 一种图形化复合衬底及其led外延结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221350789.XU CN220306274U (zh) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | 一种图形化复合衬底及其led外延结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220306274U true CN220306274U (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=89353410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221350789.XU Active CN220306274U (zh) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | 一种图形化复合衬底及其led外延结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220306274U (zh) |
-
2022
- 2022-06-01 CN CN202221350789.XU patent/CN220306274U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9553233B2 (en) | Light emitting diode | |
| US8384111B2 (en) | Method for forming sapphire substrate and semiconductor device | |
| US9166105B2 (en) | Light emitting device | |
| TWI385821B (zh) | 表面紋理化之發光二極體及其製造方法 | |
| JP5306779B2 (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
| JP2006352135A (ja) | 凹凸構造を含む発光素子及びその製造方法 | |
| CN101604718A (zh) | 一种侧面倾斜的发光二极管芯片及其制备方法 | |
| CN102130256A (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| JP2005268734A (ja) | 発光ダイオードおよびその製造方法 | |
| KR20080093558A (ko) | 질화물계 발광 소자 | |
| CN103035797A (zh) | 完全禁带光子晶体结构、其制备方法及一种发光二极管 | |
| CN217405451U (zh) | 复合图形化衬底和具有空气隙的外延结构 | |
| TWI426627B (zh) | 發光二極體 | |
| CN216250771U (zh) | 复合图形衬底及包含该衬底的led外延结构 | |
| WO2018137337A1 (zh) | 薄膜型发光二极管及其制作方法 | |
| CN115020565B (zh) | 复合图形化衬底的制备方法及具有空气隙的外延结构 | |
| CN220306274U (zh) | 一种图形化复合衬底及其led外延结构 | |
| CN220710339U (zh) | 具有团簇状小岛微结构的衬底和外延结构 | |
| CN217719634U (zh) | 一种图形化衬底及其外延结构 | |
| CN109037267A (zh) | 金属光子晶体耦合增强nano-LED阵列及制造方法 | |
| CN217405452U (zh) | 一种复合图形化衬底和具有空气隙的外延结构 | |
| CN115020564B (zh) | 一种复合图形化衬底的制备方法及具有空气隙的外延结构 | |
| CN109192832B (zh) | 一种侧壁具有纳米棱镜结构的氮化镓基发光二极管芯片及其制备方法 | |
| CN102420281B (zh) | 光电元件及其制造方法 | |
| Kim et al. | Enhanced light output power of GaN-based light emitting diodes with overcut sideholes formed by wet etching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |