CN102064257A - 一种蓝宝石图形衬底及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝宝石图形衬底以及制备方法，该衬底图形为连续的网状结构，衬底图形的各组成边为脊形结构。本发明的蓝宝石图形衬底可以有效减少了外延生长时氮化镓薄膜的生长面数量，降低了缺陷密度，进而减小了大尺寸V-pits的形成，提高了LED器件抗静电能力和寿命，取得了显著的效果。

Description

一种蓝宝石图形衬底及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石图形衬底及其制备方法，属于半导体技术领域。

背景技术

目前，氮化镓基LED普遍采用蓝宝石作为衬底，蓝宝石衬底有平片衬底和图形衬底之分。

在平片衬底上生长的LED器件一般只能满足中低亮度应用领域的要求，无法满足当今快速发展的照明及背光等高亮应用领域的要求。而在图形衬底上生长的LED器件可达到高端应用领域的亮度要求，基于图形衬底的外延材料制成的器件参数表明，在20mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底制作的器件光功率增加30％以上，因此采用图形衬底是提高氮化镓基LED光效的一种有效方法。

相比普通的平片蓝宝石衬底，在图形衬底上生长氮化镓外延层可以减少外延缺陷，降低位错密度，提高外延层晶体质量。另外，图形衬底结构会反射LED发出的光线并改变光线传输方向，提高LED出光效率。因此，国内外的企业及研究机构纷纷加大对图形衬底外延技术的研究投入，并取得了不错的进展。

目前，蓝宝石图形衬底主要采用的是点状包形结构，包形结构的底部直径约2～3μm，高度约1～2μm，参见图1所示。

然而，上述结构的图形衬底的最主要的问题是通过图形衬底外延生长出来的LED器件抗静电能力较差。这是因为在上述图形衬底上外延时，生长首先从包底部开始，然后沿着多个特定的生长面向包顶生长，最终形成合并；由于在此图形衬底上生长的氮化镓薄膜生长面过多，使沿包顶生长的局部区域的缺陷密度增高、晶体质量变差，导致通过这种图形衬底外延生长出来的LED器件抗静电能力变差。

在上述图形衬底上外延生长时，会在点状包形结构的包顶集中形成大量的缺陷，其中一些缺陷穿透有源区到达外延膜表面，形成V-pits。缺陷的数量及尺寸直接影响V-pits的数量及尺寸；缺陷的数量越多、尺寸越大，形成V-pits的数量就越多、尺寸就越大。采用该图形衬底进行外延时，常因包顶大量集中的缺陷导致大尺寸V-pits形成，该类缺陷贯穿PN结，且吸附了大量的导电杂质，极易形成漏电通道，尤其在高压静电瞬间加载下，大尺寸V-pits内会产生大量的电子运动，导致器件击穿，抗静电能力恶化。

因此，需要开发一种新的蓝宝石图形衬底，使其在进行外延生长时，降低缺陷密度，减小V-pits尺寸，从而提高LED器件抗静电能力。

发明内容

本发明目的是提供一种蓝宝石图形衬底，以提高LED器件抗静电能力和寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种蓝宝石图形衬底，所述衬底图形为连续的网状结构，衬底图形的各组成边为脊形结构。

上文中，所述衬底图形的各组成边是指网状结构图形的各条边，其纵横交织构成网状结构。所述脊形结构是指上窄下宽的形状结构。

优选的技术方案，所述各组成边的脊形结构为：各组成边的剖面呈三角形或弧形，其高度为0.1～3μm，底部宽度为0.15～3μm，底部倾角为45～60度。所述底部倾角是指三角形的底角(当组成边的剖面为三角形时)，或者是弧形顶点与底部端点的连线与水平面之间的夹角(当组成边的剖面为弧形时)。

优选的技术方案，所述衬底图形的网状结构的重复单元为等边三角形，等边三角形的高为0.3～10μm。

更优选的技术方案，上述等边三角形的一条边与蓝宝石衬底的定位边平行。所述蓝宝石衬底的定位边是指沿着(11-20)面的参考边。

本发明同时请求保护上述蓝宝石图形衬底的制备方法，包括以下步骤：

(1)设计制作具有上述的衬底图形结构的光刻版；

(2)光刻：在蓝宝石衬底上涂覆光刻胶、烘干、曝光、显影、后烘，将上述光刻版的图形转移到光刻胶层上；

(3)刻蚀：采用ICP干法刻蚀技术对上述具有图形化光刻胶层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将所述图形转移到蓝宝石衬底上，去除光刻胶层，即可获得所述蓝宝石图形衬底。

所述步骤(2)中曝光时可以采用步进式曝光机。

与之相应的另一种技术方案，一种蓝宝石图形衬底的制备方法，包括以下步骤：

(1)设计制作具有权利要求1所述的衬底图形结构的光刻版；

(2)在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅层，在所述二氧化硅层上涂敷光刻胶、烘干、曝光、显影、后烘，将所述光刻版图形转移到光刻胶层上；采用BOE溶液刻蚀二氧化硅层，将光刻胶层上的图形转移到二氧化硅层上，然后去除光刻胶层；

(3)采用湿法刻蚀技术对上述具有图形化二氧化硅层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将所述图形转移到蓝宝石衬底上，然后去除二氧化硅层，即可获得所述蓝宝石图形衬底。

上述步骤(2)中，所述BOE溶液是指氟化氢和氟化铵的混合溶液。

本发明的工作机理如下：由于蓝宝石图形衬底为连续的脊形结构，该脊形结构的外延生长仅仅沿着对称的两个侧面进行，有效减少了氮化镓薄膜生长面，降低了缺陷密度，进而减小了大尺寸V-pits的形成，提高了LED器件抗静电能力和寿命。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明制备得到了一种新的蓝宝石图形衬底，由于其衬底图形的各组成边为脊形结构，且为连续的网状结构，从而有效减少了外延生长时氮化镓薄膜的生长面数量，降低了缺陷密度，进而减小了大尺寸V-pits的形成，提高了LED器件抗静电能力和寿命，取得了显著的效果。

2.实际应用表明，在本发明的衬底上生长的氮化镓薄膜V-pits尺寸明显减小，提高了LED的抗静电能力和寿命。

3.本发明的制备方法简单易行，适于工业化应用。

附图说明

图1是背景技术中蓝宝石图形衬底的结构示意图；

图2是本发明实施例一的结构示意图；

图3是本发明实施例一的局部俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

一种蓝宝石图形衬底的制备方法，包括如下步骤：

(1)设计制作具有网状图形结构的光刻版；所述图形为连续的网状结构，其组成边的剖面呈三角形，网状结构的重复单元为等边三角形，且三角形的一条边与蓝宝石衬底的定位边平行；

(2)在蓝宝石衬底上涂敷正性光刻厚胶，如AZ500，胶厚大于3μm，将光刻胶烘干，然后采用步进式曝光机进行曝光，采用专用显影液进行显影，最后进行后烘坚膜，将所述光刻版图形转移到光刻胶层上；

(3)采用ICP干法刻蚀技术对上述具有图形化光刻胶层的蓝宝石衬底进行刻蚀，刻蚀气体为Cl₂和BCl₃，比例约为1∶4，RF功率为150W，ICP功率为1000W，将所述网状图形转移到蓝宝石衬底上，去除光刻胶层，即可获得所述网状图形蓝宝石衬底，其中脊形底部宽度为2μm，高度为1.5μm，其底部倾角为60度，且三组脊形结构呈60度交叉分布，形成网状图形结构，网状结构的重复单元为等边三角形，其高为7μm，如图2～3所示。

在该网状图形衬底上外延生长氮化镓薄膜，该薄膜制作成LED器件的抗静电能力较强，在人体模式下ESD值超过4000V。

而采用相同的外延工艺在常规的点状包形衬底(参见附图1所示)上进行外延，将外延薄膜制作成器件，该器件在人体模式下ESD值却低于1000V。

可见本发明的蓝宝石图形衬底可以提高LED器件抗静电能力和寿命。

实施例二

一种新型网状图形蓝宝石衬底的制作方法，包括如下步骤：

(1)设计制作具有网状图形结构的光刻版；所述图形为连续的网状图形；

(2)在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅层，厚度约1μm，在所述二氧化硅层上涂敷光刻胶、烘干、曝光、显影、后烘，将所述光刻版图形转移到光刻胶层上；采用BOE溶液刻蚀二氧化硅层，将光刻胶层上的连续网状图形转移到二氧化硅层上，去除光刻胶层；

(3)采用湿法刻蚀技术对上述具有图形化二氧化硅层的蓝宝石衬底进行刻蚀，刻蚀液为磷酸与硫酸的混合液，比例为2∶3，刻蚀温度为260℃，将所述网状图形转移到蓝宝石衬底上，去除二氧化硅层，即可获得所述蓝宝石图形衬底。其中脊形底部宽度为2μm，高度为1.5μm，且三组脊形结构呈60度交叉分布，形成网状图形结构，即其重复单元为等边三角形，等边三角形的高为7μm。

Claims (6)

1.一种蓝宝石图形衬底，其特征在于：所述衬底图形为连续的网状结构，衬底图形的各组成边为脊形结构。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于，所述各组成边的脊形结构为：各组成边的剖面呈三角形或弧形，其高度为0.1～3μm，底部宽度为0.15～3μm，底部倾角为45～60度。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于：所述衬底图形的网状结构的重复单元为等边三角形，等边三角形的高为0.3～10μm。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于：所述等边三角形的一条边与蓝宝石衬底的定位边平行。

5.一种蓝宝石图形衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设计制作具有权利要求1所述的衬底图形结构的光刻版；

(2)光刻：在蓝宝石衬底上涂覆光刻胶、烘干、曝光、显影、后烘，将上述光刻版的图形转移到光刻胶层上；

(3)刻蚀：采用ICP干法刻蚀技术对上述具有图形化光刻胶层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将所述图形转移到蓝宝石衬底上，去除光刻胶层，即可获得所述蓝宝石图形衬底。

6.一种蓝宝石图形衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设计制作具有权利要求1所述的衬底图形结构的光刻版；

(2)在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅层，在所述二氧化硅层上涂敷光刻胶、烘干、曝光、显影、后烘，将所述光刻版图形转移到光刻胶层上；采用BOE溶液刻蚀二氧化硅层，将光刻胶层上的图形转移到二氧化硅层上，然后去除光刻胶层；

(3)采用湿法刻蚀技术对上述具有图形化二氧化硅层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将所述图形转移到蓝宝石衬底上，然后去除二氧化硅层，即可获得所述蓝宝石图形衬底。

Images