[实用新型]一种图形化衬底及发光二极管

说明书

本实用新型公开了一种图形化衬底及发光二极管，该图形化衬底包括衬底以及位于衬底的表面的若干个间隔分布的图形结构，图形结构包括形成于衬底表面的第一部分以及形成第一部分上方的第二部分；第一部分自衬底的表面延伸形成高于衬底的表面的凸台，且第一部分的表面形成有凹陷结构；第二部分位于第一部分上方，并且填充第一部分的凹陷结构。本实用新型能够减小生长于图形化衬底顶端的外延层内的线缺陷，提高LED的光提取效率。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种图形化衬底及发光二极管。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。以氮化镓为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体材料，具有电子飘移饱和速度高，热导率好、强化学键、耐高温以及抗腐蚀等优良性能。其三元合金铟镓氮(InGaN)带隙从0.7eV氮化铟(InN)到3.4eV氮化镓(GaN)连续可调，发光波长覆盖了可见光和近紫外光的整个区域。以InGaN/GaN多量子阱为有源层的发光二极管具有高效、环保、节能、寿命长等显著特点，被认为是最有潜力进入普通照明领域的一种新型固态冷光源。

但是，由于GaN单晶材料制备非常困难，又很难找到与GaN晶格匹配的衬底材料，目前99％以上的GaN基LED器件均是通过异质外延生长获得的。制备GaN基LED器件一般采用蓝宝石作为衬底材料，蓝宝石与GaN材料的晶格常数相差约15％，同时也存在严重的热失配问题，导致在蓝宝石衬底上生长的氮化物材料的晶体质量差，位错密度达到108～1010cm^-2，从而影响器件的使用寿命和发光效率。氮化物与蓝宝石材料的折射率之差容易使光的全反射受到限制，造成LED内部大约75％的光被限制在器件内部不能出射，最终形成热量散失掉，因此，如何进提高以蓝宝石为衬底的GaN基LED器件的发光效率，成为制约LED发展的关键问题。

现有技术中采用图形化衬底制备GaN基LED器件。并且，为了提高光提取效率，一般会在图形化衬底的图形顶部设置一层低折射率材料层，以提高光萃取效率。例如，图形化衬底的图形顶部的材料为二氧化硅，底部材料为蓝宝石，当光遇到图形顶端的SiO₂容易产生全反射，光萃取效率能够得到提高。但是，由于二氧化硅的表面无法生长外延材料，导致生长于图形顶部的外延层内容易产生严重的线缺陷，在一定程度上制约了LED的光提取效率。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种图形化衬底及发光二极管，以消除生长于图形化衬底顶端的外延层内的线缺陷，提高LED的光提取效率。

为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种图形化衬底，包括衬底以及位于衬底的表面的若干个间隔分布的图形结构，图形结构包括：

第一部分，自衬底的表面延伸形成高于衬底的表面的凸台，且第一部分的表面形成有凹陷结构；

第二部分，位于第一部分上方，并且填充第一部分的凹陷结构。

可选地，凹陷结构包括凹陷边沿以及凹陷中心，由凹陷边沿至凹陷中心，第一部分在垂直衬底的表面的方向上的高度逐渐递减。

可选地，凹陷结构为半球形凹陷或半椭圆形凹陷。

可选地，凹陷边沿距离衬底的表面的垂直距离介于0.3μm～1.4μm。

可选地，凹陷中心距离衬底的表面的垂直距离介于0.01μm～0.3μm。

可选地，图形结构距离衬底的表面的垂直距离介于1.4μm～2.4μm。

可选地，图形结构还包括：

反射层，设置于第一部分和第二部分的之间。

可选地，图形结构形成为直径自图形结构的底部向顶部逐渐递减的锥台结构或锥形结构。