CN104319329A - 图形化衬底及其制备方法、外延片制作方法及外延片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图形化衬底及其制备方法、外延片制作方法及外延片，属于发光二极管领域。所述方法包括采用光刻胶掩膜在蓝宝石衬底上形成多个光刻胶凸起，多个所述光刻胶凸起为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种；在设置有所述光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层；采用光刻胶掩膜及刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅层直至裸露出部分蓝宝石衬底，形成多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个所述光刻胶凸起，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种；利用显影工艺将所述二氧化硅凸起内部的光刻胶凸起去除。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管(Light Emitting Diode，简称“LED”)领域，特别涉及一种图形化衬底及其制备方法、外延片制作方法及外延片。
背景技术
图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称“PSS”)技术是目前异质衬底氮化镓材料生长领域较为成熟的技术方案。其中，采用PSS技术可以较好地缓解蓝宝石衬底和氮化镓外延生长中的应力，降低氮化镓外延中的缺陷密度，提高外延材料的晶体质量。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
当光从有源层进入图形化的蓝宝石衬底时，由于蓝宝石的折射率(1.7～1.8)与氮化镓的折射率(2.5)二者之间相差较小，光较容易在蓝宝石衬底的界面上发生透射，而使光的反射率不高，从而导致发光二极管的光提取效率较低。
发明内容
为了解决现有技术中光较容易在蓝宝石衬底的界面上发生透射，而使光的反射率不高的问题，本发明实施例提供了一种图形化衬底及其制备方法、外延片制作方法及外延片。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种图形化衬底制备方法，所述方法包括：
采用光刻胶掩膜在蓝宝石衬底上形成多个光刻胶凸起，多个所述光刻胶凸起为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种；
在设置有所述光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层；
采用光刻胶掩膜及刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅层直至裸露出部分蓝宝石衬底，形成多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个所述光刻胶凸起，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种；
利用显影工艺将所述二氧化硅凸起内部的所述光刻胶凸起去除。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述在设置有所述光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积法或溶胶凝胶法在所述蓝宝石衬底上沉积所述二氧化硅层。
在本发明实施例的另一种实现方式中，多个所述光刻胶凸起按阵列方式分布在所述蓝宝石衬底上。
在本发明实施例的另一种实现方式中，多个所述光刻胶凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构、棱台结构、圆锥结构和多棱锥结构中的一种或多种。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述光刻胶凸起的顶面半径或宽度为0～0.5um，所述光刻胶凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，所述光刻胶凸起的高度为0.5～5um。
在本发明实施例的另一种实现方式中，多个所述二氧化硅凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构和棱台结构中的一种或多种。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述二氧化硅凸起的顶面半径或宽度为0.02～0.5um，所述二氧化硅凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，所述二氧化硅凸起的高度为0.5～5um。
另一方面，本发明实施例还提供了一种外延片制作方法，所述方法包括：
按上述的方法制备图形化衬底；
在所述图形化衬底上依次生长n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，制成外延片。
另一方面，本发明实施例还提供了一种图形化衬底，所述衬底包括：
蓝宝石衬底和设于所述蓝宝石衬底上的多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个空心结构，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个所述空心结构为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
另一方面，本发明实施例还提供了一种外延片，所述外延片包括：
图形化衬底、以及依次覆盖在所述图形化衬底上的n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，所述图形化衬底包括蓝宝石衬底和设于所述蓝宝石衬底上的多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个空心结构，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个所述空心结构为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在蓝宝石衬底上形成光刻胶单元，然后再生成一层二氧化硅，并在二氧化硅层上刻蚀出多个二氧化硅单元，最后将二氧化硅单元内的光刻胶单元去掉，形成了带有空心结构的二氧化硅单元，使得采用该衬底制成的外延片，氮化镓层与蓝宝石衬底之间具有空心的二氧化硅图形单元，氮化镓材料折射率为2.5，二氧化硅材料折射率为1.5，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓、氮化铝、空气蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，从而提高了发光二极管的光提取效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的图形化衬底制备方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的图形化衬底制备过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的图形化衬底制备过程中的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的图形化衬底制备过程中的结构示意图；
图5是本发明实施例一提供的图形化衬底制备过程中的结构示意图；
图6是本发明实施例二提供的外延片制作方法的流程图；
图7是本发明实施例三提供的图形化衬底的结构示意图；
图8是本发明实施例四提供的外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种图形化衬底制备方法，参见图1，该方法包括：
步骤101：采用光刻胶掩膜在蓝宝石衬底上形成多个光刻胶凸起，多个光刻胶凸起为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
多个光刻胶凸起按阵列方式分布在蓝宝石衬底上。按阵列分布的形成光刻胶凸起工艺相对简单，同时使整个面的反射率基本一致，从而使得制成的LED发出的光更加均匀。
多个光刻胶凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构、棱台结构、圆锥结构和多棱锥结构中的一种或多种。
光刻胶凸起的顶面半径或宽度为0～0.5um，光刻胶凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，光刻胶凸起的高度为0.5～5um。
如图2所示，蓝宝石衬底11上生长有多个光刻胶凸起12。
步骤102：在设置有光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层。
具体地，步骤102可以采用下述方式实现：
采用等离子体增强化学气相沉积法或溶胶凝胶法在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅层。
如图3所示，蓝宝石衬底11上生长有多个光刻胶凸起12，在光刻胶凸起12的表面覆盖有一层二氧化硅层13。
步骤103：采用光刻胶掩膜及刻蚀工艺刻蚀二氧化硅层直至裸露出部分蓝宝石衬底，形成多个二氧化硅凸起，每个二氧化硅凸起内部包含一个光刻胶凸起，多个二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种。
具体地，在本步骤中，形成的多个二氧化硅凸起的顶面与光刻胶凸起的顶面齐平，或者二氧化硅凸起的顶面比光刻胶凸起的顶面稍矮，这两种情况都能保证后续步骤的正常进行。
多个二氧化硅凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构和棱台结构中的一种或多种。
二氧化硅凸起的顶面半径或宽度为0.02～0.5um，二氧化硅凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，二氧化硅凸起的高度为0.5～5um。
在进行软件模拟及工艺试验时，采用上述光刻胶凸起和二氧化硅凸起的尺寸制的图形化衬底，能够得到最大的反射率，从而获得较大的发光效率。
如图4所示，蓝宝石衬底11上生长有多个光刻胶凸起12，在每个光刻胶凸起12的外覆盖有一个二氧化硅凸起14。
步骤104：利用显影工艺将二氧化硅凸起内部的光刻胶凸起去除。
在步骤104中，采用无色有机碱性溶液作为显影剂去除二氧化硅凸起内部的光刻胶凸起。
如图5所示，蓝宝石衬底11上生长有多个二氧化硅凸起14，每个二氧化硅凸起14内部有一个空心结构15。
本发明实施例通过在蓝宝石衬底上形成光刻胶单元，然后再生成一层二氧化硅，并在二氧化硅层上刻蚀出多个二氧化硅单元，最后将二氧化硅单元内的光刻胶单元去掉，形成了带有空心结构的二氧化硅单元，使得采用该衬底制成的外延片，氮化镓层与蓝宝石衬底之间具有空心的二氧化硅图形单元，氮化镓材料折射率为2.5，二氧化硅材料折射率为1.5，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓、氮化铝、空气蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，从而提高了发光二极管的光提取效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种外延片制作方法，参见图6，该方法包括：
步骤201：按实施例一所述的方法制备图形化衬底。
步骤202：在图形化衬底上依次生长n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，制成外延片。
具体地，采用侧向外延生长法在图形化衬底上依次生长n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，制成外延片。
由于光刻胶凸起的顶面半径或宽度为0～0.5um，因此去除光刻胶凸起后二氧化硅凸起内的空心结构的顶面半径或宽度为0～0.5um，即二氧化硅凸起内的空心结构的开口很小，生长n型氮化镓层时，氮化镓材料很难落入其中，同时由于采用了侧向外延生长法在图形化衬底上生成n型氮化镓层，进一步保证了氮化镓难以落入其中。
本发明实施例通过在蓝宝石衬底上形成光刻胶单元，然后再生成一层二氧化硅，并在二氧化硅层上刻蚀出多个二氧化硅单元，最后将二氧化硅单元内的光刻胶单元去掉，形成了带有空心结构的二氧化硅单元，使得采用该衬底制成的外延片，氮化镓层与蓝宝石衬底之间具有空心的二氧化硅图形单元，氮化镓材料折射率为2.5，二氧化硅材料折射率为1.5，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓、氮化铝、空气蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，从而提高了发光二极管的光提取效率。
实施例三
本发明实施例提供了一种图形化衬底，参见图7，该衬底包括：
蓝宝石衬底301和设于蓝宝石衬底301上的多个二氧化硅凸起302，每个二氧化硅凸起302内部包含一个空心结构303，多个二氧化硅凸起302为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个空心结构303为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
二氧化硅凸起302的顶面半径或宽度为0.02～0.5um，二氧化硅凸起302的底面半径或宽度为0.5～10um，二氧化硅凸起302的高度为0.5～5um。
空心结构303的顶面半径或宽度为0～0.5um，空心结构303的底面半径或宽度为0.5～10um，空心结构303的高度为0.5～5um。
在本实施例中，多个空心结构303按矩阵排列，构成周期性图形阵列。
本发明实施例通过在蓝宝石衬底上形成光刻胶单元，然后再生成一层二氧化硅，并在二氧化硅层上刻蚀出多个二氧化硅单元，最后将二氧化硅单元内的光刻胶单元去掉，形成了带有空心结构的二氧化硅单元，使得采用该衬底制成的外延片，氮化镓层与蓝宝石衬底之间具有空心的二氧化硅图形单元，氮化镓材料折射率为2.5，二氧化硅材料折射率为1.5，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓、氮化铝、空气蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，从而提高了发光二极管的光提取效率。
实施例四
本发明实施例提供了一种外延片，参见图8，该外延片包括：
图形化衬底401、以及依次覆盖在图形化衬底401上的n型氮化镓层402、多量子阱层403和p型氮化镓层404，图形化衬底401包括蓝宝石衬底4011和设于蓝宝石衬底4011上的多个二氧化硅凸起4012，每个二氧化硅凸起4012内部包含一个空心结构4013，多个二氧化硅凸起4012为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个空心结构4013为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
二氧化硅凸起4012的顶面半径或宽度为0.02～0.5um，二氧化硅凸起4012的底面半径或宽度为0.5～10um，二氧化硅凸起4012的高度为0.5～5um。
空心结构4013的顶面半径或宽度为0～0.5um，空心结构4013的底面半径或宽度为0.5～10um，空心结构4013的高度为0.5～5um。
在本实施例中，多个空心结构4013按矩阵排列，构成周期性图形阵列。
如图8所示，n型氮化镓层402填满了二氧化硅凸起4012间的空隙。
本发明实施例通过在蓝宝石衬底上形成光刻胶单元，然后再生成一层二氧化硅，并在二氧化硅层上刻蚀出多个二氧化硅单元，最后将二氧化硅单元内的光刻胶单元去掉，形成了带有空心结构的二氧化硅单元，使得采用该衬底制成的外延片，氮化镓层与蓝宝石衬底之间具有空心的二氧化硅图形单元，氮化镓材料折射率为2.5，二氧化硅材料折射率为1.5，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓、氮化铝、空气蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，从而提高了发光二极管的光提取效率。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种图形化衬底制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采用光刻胶掩膜在蓝宝石衬底上形成多个光刻胶凸起，多个所述光刻胶凸起为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种；
在设置有所述光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层；
采用光刻胶掩膜及刻蚀工艺刻蚀所述二氧化硅层直至裸露出部分蓝宝石衬底，形成多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个所述光刻胶凸起，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种；
利用显影工艺将所述二氧化硅凸起内部的所述光刻胶凸起去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在设置有所述光刻胶凸起的蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅层，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积法或溶胶凝胶法在所述蓝宝石衬底上沉积所述二氧化硅层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个所述光刻胶凸起按阵列方式分布在所述蓝宝石衬底上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个所述光刻胶凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构、棱台结构、圆锥结构和多棱锥结构中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光刻胶凸起的顶面半径或宽度为0～0.5um，所述光刻胶凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，所述光刻胶凸起的高度为0.5～5um。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个所述二氧化硅凸起为圆柱结构、圆台结构、椭圆台结构和棱台结构中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅凸起的顶面半径或宽度为0.02～0.5um，所述二氧化硅凸起的底面半径或宽度为0.5～10um，所述二氧化硅凸起的高度为0.5～5um。
8.一种外延片制作方法，其特征在于，所述方法包括：
按权利要求1～7任一项所述的方法制备图形化衬底；
在所述图形化衬底上依次生长n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，制成外延片。
9.一种图形化衬底，其特征在于，所述衬底包括：
蓝宝石衬底和设于所述蓝宝石衬底上的多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个空心结构，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个所述空心结构为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
10.一种外延片，其特征在于，所述外延片包括：
图形化衬底、以及依次覆盖在所述图形化衬底上的n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层，所述图形化衬底包括蓝宝石衬底和设于所述蓝宝石衬底上的多个二氧化硅凸起，每个所述二氧化硅凸起内部包含一个空心结构，多个所述二氧化硅凸起为柱体结构和台体结构中的至少一种，多个所述空心结构为柱体结构、台体结构和锥体结构中的至少一种。
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