CN103022278A

CN103022278A - 一种图形化蓝宝石衬底的制备方法

Info

Publication number: CN103022278A
Application number: CN2011102907734A
Authority: CN
Inventors: 肖志国; 郑远志; 武胜利; 韩晓翠; 闫晓红; 刘伟
Original assignee: Dalian Meiming Epitaxial Wafer Technology Co Ltd
Current assignee: Dalian Meiming Epitaxial Wafer Technology Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种图形化蓝宝石衬底的制备方法。在蓝宝石衬底上积淀介质膜和光学膜，通过湿法或者干法刻蚀加工出周期图形。本发明实现了传统图形化衬底和光学反射镜优势的有机结合，提高器件的内外量子效率。

Description

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法

技术领域

本发明涉及氮化镓基发光二极管制造技术领域，尤其涉及一种图形化蓝宝石衬底的制备方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的发光器件，广泛用于指示，显示，装饰，照明等诸多领域，成为我们生活的必不可少的一部分。目前用于商业化的LED所需氮化镓材料主要是在蓝宝石及SiC衬底上进行外延生长.由于材料的失配，在生长的氮化镓中，位错密度高达1.0×10¹⁰-1.0×10¹¹/cm²。这严重影响了器件的发光效率及使用寿命。同时氮化镓和空气较大的折射率差，使得氮化镓与空气之间存在一个23度的全反射角，直接影响了光子的逸出。

目前用以改善以上不足的最主要的做法就是采用在图形化衬底上生长氮化镓外延，一方面通过横向生长减少位错密度，提高晶体质量，另一方面通过改变光在氮化镓与蓝宝石界面的反射提高光子逸出几率。常见并且实现量产的有以光刻胶或SiO₂或金属作为掩膜，在蓝宝石上通过等离子干法刻蚀或者浓磷酸和硫酸的混合液在高温下腐蚀，以实现在蓝宝石衬底上加工出平台、锥型等图形。如，CN1490844A中采用以SiO₂作为掩膜，完成SiO₂图形刻蚀后，再进行外延生长；CN101471404A中所采用的方法为以金属作为掩膜，进行干法刻蚀，得到图形化衬底，再进行外延生长；CN101471401A中采用的则是以SiO₂作为掩膜，经高温坍塌成半球型后，再进行外延生长；而CN1588640A采用的则是湿法化学腐蚀得到蓝宝石衬底，然后再进行外延生长；US2008070413中采用的也是以磷酸和硫酸在高温下腐蚀蓝宝石衬底，得到图形化衬底。

通过生产实践证明，采用以上方式都能够破坏氮化镓与蓝宝石界面的全反射，增加光线的出射几率，同时形成横向外延生长，降低位错密度。但在增加光线出射上，以上方法只是改变了一部分光的传输方向，氮化镓与蓝宝石界面对光的反射能力并没有增加，反而是有所降低。因此在很多对亮度要求比较高的LED芯片制作时，除了需要采用图形化衬底来生长外延层外，很多厂家还需要在芯片加工完成后在芯片背面制作金属反射镜或者布拉格反射镜。

发明内容

本发明目的在于通过对衬底图形层进行特殊设计，提供一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，实现了传统图形化衬底和光学反射镜优势的有机结合。

本发明的技术方案是：

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下步骤：

1)在蓝宝石衬底上采用等离子化学气相沉积或电子束蒸发的办法积淀介质膜，厚度为介质膜材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛；

2)利用电子束蒸发的方法积淀光学膜；

3)通过光刻在光学膜上制备出光刻胶掩膜图形；

4)刻蚀光学膜、介质层和蓝宝石衬底，形成周期性图形，蓝宝石衬底的刻蚀深度为

5)将刻蚀完成的衬底放入去胶液中，去除表面残余光刻胶；

光学膜采用光密介质和光疏介质交替排布，单层厚度为发光波长的四分之一，对数在3-30对；光疏介质为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化镁，光密介质为氧化钛或氧化锆。

其中步骤4)中所述周期性图形为凸起或凹陷的图形，表面为圆形、矩形、三角形或六边形，周期为1-10um。如图5所示为凸起的表面为三角形的图形，图6为凹陷的表面为三角形的图形。

与已有技术相比，本发明通过在衬底上制备光学膜，并刻蚀出周期图形，既达到了传统的图形化衬底的效果，又能起到良好的反射效果，进而提高了氮化镓LED芯片的光提取效率。

附图说明

图1是刻蚀介质层和光学膜的图形化衬底示意图

图2是刻蚀光学膜的图形化衬底示意图

图3是一种刻蚀衬底的图形化衬底示意图

图4是一种刻蚀衬底的图形化衬底示意图

图5是表面为三角形的凸起的图形化衬底示意图

图6是表面为三角形的凹陷的图形化衬底示意图

其中：1-蓝宝石衬底，2-光学膜，3-介质膜

具体实施方式：

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

实施例1

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法包括以下步骤，结构参考图1：

1、利用电子束蒸发法在蓝宝石衬底积淀一层SiO₂介质膜，厚度是

2、通过电子束蒸发的方法积淀光学膜，其组成为氧化硅-氧化钛，对数为3对。

3、通过光刻完成光刻胶掩膜制作。图形为边长5um的三角形，图形周期为8um。

4、将衬底放入BOE腐蚀液中20min，将衬底片未被光刻胶保护的光学膜和介质膜刻蚀掉。

5、待腐蚀完成后，去除衬底上光刻胶，并清洗干净。

实施例2

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法包括以下过程，结构参考图2：

1、通过电子束蒸发的方法在蓝宝石衬底上积淀光学膜，其组成为氮氧化硅-氧化锆，对数为30对。

2、通过光刻完成光刻胶掩膜制作。图形为直径为2um的圆形，图形周期为3um。

3、在ICP等离子干法蚀刻机中，利用Cl₂和BCl₃作为刻蚀气体将衬底片未被光刻胶保护的光学膜刻蚀掉。

4、待刻蚀完成后，去除衬底上光刻胶，并清洗干净。

实施例3

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法包括以下过程，结构参考图3：

1、通过电子束蒸发的方法在蓝宝石衬底上积淀光学膜，其组成为氧化镁-氧化锆，对数为10对。

2、通过光刻完成光刻胶掩膜制作。图形为边长为0.5um的矩形，图形周期为1um。

3、在ICP等离子干法蚀刻机中，利用Cl₂和BCl₃作为刻蚀气体将衬底片未被光刻胶保护的光学膜刻蚀掉。待光学膜刻蚀完成后，继续进行蓝宝石衬底刻蚀。蓝宝石刻蚀厚度

4、刻蚀完成后，去除衬底上光刻胶，并清洗干净。

实施例4

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法包括以下步骤，结构参考图4：

1、利用等离子化学气相沉积法在蓝宝石衬底积淀一层氮氧化硅介质膜，厚度是

2、通过电子束蒸发的方法积淀光学膜，其组成为氮氧化硅-氧化钛，对数为5对。

3、通过光刻完成光刻胶掩膜制作。图形为边长3um的六边形，图形周期为10um。

4、在ICP等离子干法蚀刻机中，利用Cl₂和BCl₃作为刻蚀气体将衬底片未被光刻胶保护的光学膜和介质膜刻蚀掉。待刻蚀完成后，继续进行蓝宝石衬底刻蚀，蓝宝石刻蚀厚度

5、待腐蚀完成后，去除衬底上光刻胶，并清洗干净。

实施例5

一种图形化蓝宝石衬底的制备方法与实施例3相似，不同点在于步骤1中光学膜的对数为3对，步骤3中衬底的刻蚀深度为

Claims

1.一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下步骤：

1)在蓝宝石衬底上采用等离子化学气相沉积或电子束蒸发的办法积淀介质膜，厚度为

介质膜材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化钛；

2)利用电子束蒸发的方法积淀光学膜；

3)通过光刻在光学膜上制备出光刻胶掩膜图形；

5)将刻蚀完成的蓝宝石衬底放入去胶液中，去除表面残余光刻胶；

其特征在于，光学膜采用光密介质和光疏介质交替排布，单层厚度为发光波长的四分之一，对数在3-30对；光疏介质为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或氧化镁，光密介质为氧化钛或氧化锆。

2.如权利要求1所述的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于步骤4)中所述周期性图形为凸起或凹陷的图形，表面为圆形、矩形、三角形或六边形，周期为1-10um。