[实用新型]一种双反射界面的图形化衬底

说明书

本实用新型公开了一种双反射界面的图形化衬底，包括衬底、第一结构衬底层图形、第二结构介质层图形；其中：衬底上生长有第一结构衬底层图形、第二结构介质层图形，所述第一结构衬底层图形与第二结构介质层图形至少部分重合，所述第一结构衬底层图形与第二结构介质层图形为锥形或穹顶型或弧形结构。本实用新型的优点在于：本双反射界面的图形化衬底更能有效提高光的取出效率；利用第二结构介质层的非晶特性，可以有效的抑制图形化结构表面上氮化镓基外延层的侧面生长，降低侧面生长氮化镓基外延层与正面生长氮化镓基外延层合并时的晶格缺陷密度，提升氮化镓基外延层的晶体质量。

技术领域

本实用新型涉及发光二极管生产技术领域，尤其涉及一种双反射界面的图形化衬底。

背景技术

半导体固态照明器件包括发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。由于半导体固态照明器件具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

目前商业化的氮化镓（GaN）基发光二极管主要采用蓝宝石（Al₂O₃）、硅（Si）或碳化硅（SiC）作为衬底，其中蓝宝石衬底是应用最广泛的衬底材料。然而，一方面由于氮化镓和蓝宝石衬底材料的晶格失配度比较大，导致了在蓝宝石衬底上生长的氮化镓外延膜的位错密度一般高达1×10¹⁰cm^-2，晶体质量差，严重影响发光二极管的内量子效率。另一方面，由于氮化镓与空气之间折射率差异比较大，发光二极管发射的光出射的临界角仅为23.6度，导致发光二极管芯片与空气之间存在严重的全反射现象，使得发光二极管的光取出效率偏低。

针对上述成长在蓝宝石衬底上的氮化镓基发光二极管外延层,晶体质量差和光取出效率偏低的问题，从区域性选择生长（selective-area growth，SAG）和外延侧向生长（epitaxial lateral overgrowth，ELO）方法中演变出的图形化衬底（Patterned SapphireSubstrate，PSS）技术成为目前改善上述问题的主要方法。现行业界常用的图形化衬底技术是用光刻与干法刻蚀技术,在蓝宝石衬底表面上形成周期排列的一个个圆锥形蓝宝石凸起，如图1所示。一方面衬底上的图形化结构通过增加光的散射，改变光的传播方向，从而使更多的光进入临界角范围内而出射出去，提高光的取出效率，另一方面衬底上的图形化结构为氮化镓基外延生长提供了多种生长晶向的选择，氮化镓基外延层沿图形化衬底不同晶向表面的生长速率不同，从而使晶格失配位错在衬底生长区发生弯曲并合拢，有效的抑制缺陷向外延表面延伸，提高氮化镓基外延层的晶体质量。

然而，目前主流的图形化衬底技术在晶体质量和光取出效率依然存有缺陷，仍有改进的空间。第一，衬底上图形化结构表面的氮化镓基侧面生长外延层与正面生长外延层在合并时产生晶格缺陷；第二，现行图形化衬底结构通过散射改变部分光的传输路线，提升光的取出效率，仍然有很多光在空气和氮化镓基外延层界面处发生全反射而被外延层吸收。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种双反射界面的图形化衬底，解决了现有技术中容易产生晶格缺陷、很多光在空气和氮化镓基外延层界面处发生全反射而被外延层吸收的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种双反射界面的图形化衬底，包括衬底、第一结构衬底层图形、第二结构介质层图形；其中：衬底上生长有第一结构衬底层图形、第二结构介质层图形，所述第一结构衬底层图形与第二结构介质层图形至少部分重合，所述第一结构衬底层图形与第二结构介质层图形为锥形或穹顶型或弧形结构。

一种双反射界面的图形化衬底，其中：所述衬底材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化铝、砷化镓、氮化镓。