CN110797442A - 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法 - Google Patents

一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110797442A
CN110797442A CN201810870606.9A CN201810870606A CN110797442A CN 110797442 A CN110797442 A CN 110797442A CN 201810870606 A CN201810870606 A CN 201810870606A CN 110797442 A CN110797442 A CN 110797442A
Authority
CN
China
Prior art keywords
patterned
silicon dioxide
microstructures
layer
dioxide layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810870606.9A
Other languages
English (en)
Inventor
付星星
康凯
陆前军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongguan China Semiconductor Technology Co Ltd
Original Assignee
Dongguan China Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongguan China Semiconductor Technology Co Ltd filed Critical Dongguan China Semiconductor Technology Co Ltd
Priority to CN201810870606.9A priority Critical patent/CN110797442A/zh
Publication of CN110797442A publication Critical patent/CN110797442A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种图形化衬底、LED外延片及图形化衬底制备方法，其中，图形化衬底包括：蓝宝石基板；位于所述蓝宝石基板上的图形化二氧化硅层，所述图形化二氧化硅层包括多个微结构，所述微结构带有侧壁弧度。本发明提供的图形化衬底、LED外延片及图形化衬底制备方法通过在蓝宝石基板上形成带有侧壁弧度的二氧化硅微结构，构成图形化二氧化硅层，能够利用侧壁弧度改变微结构对光的有效散射面积，从而使得以其制备而成的LED器件可以打破出光界面的全反射限制，进一步提高LED有源区的出射光出光效率，提高LED的发光效率。

Description

一种图形化衬底、LED外延片及图形化衬底制备方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种图形化衬底、LED外延片及图形化衬底制备方法。
背景技术
以氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)及其三元和四元合金材料为主的III-V族氮化物半导体材料，由于其能带宽度范围可在0.7eV至6.2eV连续可调，且均为直接带隙，以及其优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等特性，成为GaN基发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)、激光器、电子功率器件等光电器件的优选材料。特别地，GaN基LED发光波长可从深紫外至远红外波段进行调控，有着非常广泛的应用领域，其中，应用在半导体照明领域的GaN基白光LED器件得到蓬勃发展。
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，所采用的衬底材料主要是蓝宝石基板。然而，蓝宝石与GaN材料的晶格常数相差约15％，也存在严重的热失配问题，这两方面导致在蓝宝石基板上生产的氮化物材料晶体质量差，位错密度达到108-1010/cm2，从而影响器件的使用寿命和发光效率。氮化物与蓝宝石二种材料的折射率差导致光的全反射限制，使得LED内部大约75％的光被限制在器件内部不能出射，最终形成热散失掉，因此，如何提高基于蓝宝石基板的GaN基LED器件的发光效率，成为制约LED发展的关键问题。
近年来，图形化蓝宝石基板(Patterned sapphire substrate，PSS)技术在GaN基LED外延生长中得到大幅度推广与应用，呈现迅猛发展的势头。PSS技术是首先在蓝宝石基板上制备微/纳米尺寸的微结构图形阵列，并按照侧向外延生长技术的理念，进行金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)外延生长，一步到位获得高品质的GaN基LED外延片。相对平片蓝宝石基板，PSS具有二方面的优势：其一，PSS能减少GaN外延层的位错密度，弛豫异质外延生长过程中产生的应力，从而提高外延材料的晶体质量以减少有源区的非辐射复合，提高内量子效率；其二，PSS可以通过图形阵列对有源层产生的光的反射、衍射作用而减少因材料折射率差异所造成的内部全反射，以提高LED的出光效率，进而提高GaN基LED整体的发光效率。目前，PSS已经成为LED产业的主流衬底材料，相对采用平片蓝宝石基板制作的LED器件，PSS对应的LED器件的光功率增加了30％左右。
由于异质材料界面的折射率差越大，越有利于改变LED内部光子的散射效果，更有利于LED出光效率的提高。然而，蓝宝石折射率(n≈1.78)与GaN材料折射率(n≈2.5)的差值只有0.7左右，不利于进一步提升LED的出光效率；同时，PSS本身与GaN的晶格失配大等因素限制了LED内量子效率的进一步提升。此外，由于蓝宝石材料的化学键能大性能稳定的特点，导致制备PSS的干法刻蚀过程存在刻蚀速率慢、选择比低、设备成本高、产能低、均匀性难以控制等缺点。
发明内容
本发明提供一种图形化衬底、LED外延片及图形化衬底制备方法，以减少图形化衬底的制备周期，提高图形化衬底的性能，改善外延层的生长品质。
第一方面，本发明实施例提供了一种图形化衬底，包括：
蓝宝石基板；
位于所述蓝宝石基板上的图形化二氧化硅层，所述图形化二氧化硅层包括多个微结构，所述微结构带有侧壁弧度。
可选地，所述微结构为类圆锥形、类圆台型、类多边锥形或类多边台形。
可选地，所述微结构的侧壁弧度的隆起高度为70～300nm。
可选地，所述微结构的高度为0.1μm～2.5μm，所述微结构的底部直径为0.1μm～5μm，所述微结构的间距为0μm～2μm。
可选地，所述图形化衬底还包括缓冲层，所述缓冲层位于所述图形化二氧化硅层背离所述蓝宝石基板一侧。
可选地，所述缓冲层为AlN缓冲层。
可选地，所述AlN缓冲层厚度为1nm～100nm。
可选地，所述多个微结构呈周期性正方格子排布、周期性六角密堆积排布、非周期性的准晶排布或随机排布。
第二方面，本发明实施例还提供了一种LED外延片，包括如第一方面任一所述的图形化衬底，以及形成于图形化衬底上的外延层。
第三方面，本发明实施例还提供了一种图形化衬底的制备方法，包括：
提供一蓝宝石基板；
在所述蓝宝石基板上形成二氧化硅层；
将所述二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
可选地，所述将所述二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层，包括：
在所述二氧化硅层上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形化；
利用预设气体比例的六氟化硫和氧气的混合气体，将所述二氧化硅层为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
可选地，所述预设气体比例为5:1～10:1。
可选地，所述对所述光刻胶层进行图形化，包括：
采用光刻方法对所述光刻胶层进行图形化，或采用纳米压印对所述光刻胶层进行图形化。
可选地，还包括：在所述图形化二氧化硅层上形成缓冲层。
本发明实施例提供的一种图形化衬底、LED外延片及图形化衬底的制备方法，通过在蓝宝石基板上形成带有侧壁弧度的二氧化硅微结构，构成图形化二氧化硅层，相对传统的图形化衬底其制备过程简单，可以大幅度降低刻蚀时间，提高刻蚀设备产能并降低生产成本。此外，图形化的二氧化硅层可节省外延层的生长时间，起到提高化学气相沉积设备的利用率和降低LED器件成本的作用；更重要的是，本发明提供的图形化衬底中，利用二氧化硅与GaN折射率更大的优点，可以提高LED出光效率；并且带有侧壁弧度的微结构能够更好地利用散射作用，将LED有源区的出射光进行散射，打破出光界面的全反射限制，改善微结构对管的有效散射面积，提高LED出光效率，并且微结构的因此具有更优良的性能，可以大幅度提升LED芯片的内量子效率和出光效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种图形化衬底的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的多种图形化二氧化硅层的微结构的俯视图和剖面图；
图3是本发明实施例提供的类圆锥形微结构的剖面示意图及典型的带有不同侧壁弧度的图形凸起的SEM图像；
图4是本发明实施例提供的另一种图形化衬底的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的多种图形化衬底的俯视图；
图6是本发明实施例提供的一种LED外延片的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的图形化衬底的制备方法的流程图；
图8是本发明实施例提供的图形化衬底制备方法的示意图；
图9是本发明实施例提供的又一种图形化衬底制备方法流程图；
图10是本发明实施例提供的图形化衬底制备方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种图形化衬底的结构示意图，参考图1，该图形化衬底包括：蓝宝石基板11；位于蓝宝石基板11上的图形化二氧化硅层12，图形化二氧化硅层12包括多个微结构121，微结构带有侧壁弧度。
其中需要说明的是，图形化二氧化硅层12并非一平整的二氧化硅层，而是由多个微结构121构成的凹凸结构层，且微结构121带有侧壁弧度是指微结构的侧表面并非平面，而是沿侧表面的垂直中心线隆起一定高度的弧型侧表面。
对于带有侧壁弧度的微结构组成的图形化二氧化硅层，其上可以生长GaN材料等组成的外延层，进而在外延层上形成LED器件。由于该二氧化硅层为带有侧壁弧度的微结构，相较于在未有侧壁弧度的微结构组成的图形化二氧化硅层上生长外延层，在带有侧壁弧度的微结构组成的图形化二氧化硅层上生长外延层，能够更好地实现侧向外延生长，更多地减少GaN外延层的位错密度，弛豫一致外延生长过程中产生的应力，进一步地提高外延材料的晶体质量，减少有源区的非辐射符合，提高内量子效率；而且图形化的二氧化硅层生长外延层时，可节省外延层的生长时间，缩短外延层材料外延生长的热循环过程，起到提高化学气相沉积设备的利用率和降低LED器件成本的作用；另一方面，相较于未有侧壁弧度的微结构组成的图形化二氧化硅层，带有侧壁弧度的微结构组成的图形化二氧化硅层，能够利用该带有侧壁弧度的微结构，进一步地增加对LED有源区产生的光的反射、衍射以及散射作用，减少衬底材料与外延层折射率差导致的内部全反射，以进一步提高LED的出光效率，进而提高LED的整体发光效率。经实验对比可知，在本发明实施例提供的图形化衬底上外延生长GaN基LED外延片，其发光效率相对采用普通图形化衬底外延生长的GaN基LED外延片，要提高5％-10％。另外，与传统图形化衬底的反应耦合等离子体(Inductively CoupledPlasma，ICP)干法刻蚀过程所需40min的刻蚀时间相比，其制备过程简单，只需要对二氧化硅介质层进行刻蚀，不需要对蓝宝石材料进行刻蚀，其ICP刻蚀时间缩短至10min以内，即可以大幅度降低刻蚀时间，大大提高刻蚀设备产能并降低生产成本。
更重要的是，本发明实施例提供的图形化衬底，通过在蓝宝石基板上形成带有侧壁弧度的二氧化硅微结构，构成图形化二氧化硅层，相对传统的图形化衬底此外，本发明提供的图形化衬底中二氧化硅层的折射率约为1.45，相对蓝宝石材料(n＝1.78)，它与GaN之间的折射率差更大，从而更有利于LED出光效率的提升；并且带有侧壁弧度的微结构能够更好地利用散射作用，将LED有源区的出射光进行散射，打破出光界面的全反射限制，改善微结构对管的有效散射面积，提高LED出光效率，并且微结构的因此具有更优良的性能，可以大幅度提升LED芯片的内量子效率和出光效率。
可选地，微结构为类圆锥形、类圆台形、类多边锥形或类多边台形，图2是本发明实施例提供的多种图形化二氧化硅层的微结构的俯视图和剖面图，参考图2，根据微结构俯视图，也即根据微结构的底面边长可将微结构分为多种类型，除图2所示的类圆锥形、类圆台形、类三角锥型、类四角锥形外，还可以是类三角台形、类四角台形、类六角锥形、类六角台形、类十二角锥形以及类十二角台形等类多边锥形或类多边台形，其微结构的共同点在于均带有侧壁弧度。
对于不同类型的微结构，也即不同侧壁个数的带有侧壁弧度的微结构，其侧壁个数对LED有源区产生的光可以产生不同的散射效果，减少衬底材料与外延层折射率差导致的内部全反射，从而改善对LED的出光效率。
侧壁弧度的隆起高度是带有侧壁弧度的微结构影响光出射效率的关键因素，以带有侧壁弧度的类圆锥形微结构为例，图3是本发明实施例提供的类圆锥形微结构的剖面示意图及典型的带有不同侧壁弧度的图形凸起的SEM图像，参考图3，类圆锥侧壁弧度的隆起高度R为侧壁弧度切线与圆锥侧壁的距离，优选地，微结构的侧壁弧度的隆起高度R为70～300nm，如图3的b)c)d)分别为侧壁弧度为90nm、150nm和200nm的类圆锥微结构的SEM图，通过设置合适的侧壁弧度隆起高度，可以对LED有源区的输出光产生合适的散射作用，改善微结构对出射光的有效散射面积，减少出射光的全反射，获得较优的出光效果。
除上述微结构侧壁弧度的隆起高度外，本发明实施例还对微结构的尺寸和大小进行了试验，优选地，微结构的高度范围为0.1μm～2.5μm；微结构的底部直径范围为0.1μm～5μm；微结构的间距范围为0μm～2μm；通过设置合适的微结构尺寸和间距，可以保证微结构对光的散射效果，从而提高以其制备的LED器件的出光效率，增加LED的发光效率。
图4是本发明实施例提供的另一种图形化衬底的结构示意图，参考图4，可选地，图形化衬底还包括缓冲层13，缓冲层13位于图形化二氧化硅层12背离蓝宝石基板11一侧。可选地，缓冲层13可选为AlN缓冲层。通过引入AlN缓冲层，可使GaN材料在与之晶格常数接近的AlN界面进行类似同质外延生长模式的方式进行结晶生长，大大弱化因蓝宝石与GaN之间晶格失配造成的应力影响，有利于改善GaN材料的晶体质量，从而起到提高LED内量子效率的作用；另外，AlN缓冲层的引入，避免了GaN材料在最初生长阶段GaN缓冲层的生长，并缩短了热循环过程，从而提升了MOCVD设备的产能，降低了LED器件成本。可选地，AlN缓冲层厚度为1nm～100nm。从而保证了AlN缓冲层的厚度不至于过厚，而填平图形化二氧化硅层，影响图形化二氧化硅层对LED有源区出射光的散射作用；也不至于过薄，而失去AlN缓冲层的作用。
图5是本发明实施例提供的多种图形化衬底的俯视图，参考图5，图形化二氧化硅层中的微结构的排列方式可以有多种，可选地，多个微结构呈周期性正方格子排布(a)、周期性六角密堆积排布(b)、非周期性的准晶排布(c)或随机排布(d)。不同微结构的排列方式，其整体对LED内部光的散射作用导致光子的传输轨迹存在区别，也即排列方式一定程度上也会影响LED的出光效率。
图6是本发明实施例提供的一种LED外延片的结构示意图，参考图6，该LED外延片包括本发明实施例提供的任一的图形化衬底10以及形成于图形化衬底10上的外延层20。
由于对于不同的衬底材料，需要不同的LED外延片生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，对于本发明实施例提供的图形化衬底，对应的LED外延片上的外延层20可以是GaN、AlGaN外延层等。需要说明的是，图6中示出包含AlN缓冲层的图形化衬底仅用于实例，本发明实施例提供的其他的图形化衬底通过外延层生长技术形成LED外延片，本领域技术人员可根据实际情况，进行选择和设计，此处不再赘述。
本发明实施例提供的LED外延片，通过在衬底的蓝宝石基板上形成带有侧壁弧度的二氧化硅微结构，构成图形化二氧化硅层，相对传统的图形化衬底其制备过程简单，只需要对二氧化硅介质层进行刻蚀，不需要对蓝宝石材料进行刻蚀，从而可以大幅度降低刻蚀时间，提高刻蚀设备产能并降低生产成本。此外，图形化的二氧化硅层可节省外延层的生长时间，并缩短外延层材料外延生长的热循环过程，起到提高化学气相沉积设备的利用率和降低LED器件成本的作用；更重要的是，本发明提供的图形化衬底中，二氧化硅层的折射率约为1.45，相对蓝宝石材料(n＝1.78)，它与GaN之间的折射率差更大，从而更有利于LED出光效率的提升；并且带有侧壁弧度的微结构能够更好地利用散射作用，将LED有源区的出射光进行散射，打破出光界面的全反射限制，改善微结构对管的有效散射面积，提高LED出光效率，并且微结构的因此具有更优良的性能，可以大幅度提升LED芯片的内量子效率和出光效率。
本发明实施例还提供了本发明实施例提供的图形化衬底的制备方法，图7是本发明实施例提供的图形化衬底的制备方法的流程图，图8是本发明实施例提供的图形化衬底制备方法的示意图，参考图7和图8，该图形化衬底的制备方法步骤包括：
S110、提供一蓝宝石基板；
参考图8a)，其中，蓝宝石基板11可以选用尺寸为2-6英寸的平片蓝宝石基板，依次进行标准的半导体清洗工艺流程，包括化学常规清洗以及等离子体清洗等，通过化学常规清洗将蓝宝石基板上的污渍和杂质去除，通过等离子体清洗用于改善蓝宝石基板11的表面晶质。清洗完成后，可通过高纯氮气吹干或旋干，留以待用。
S120、在蓝宝石基板上形成二氧化硅层；
参考图8b)，二氧化硅层120的形成工艺可以有磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等，示例性地，采用PECVD工艺制备沉积二氧化硅层120的步骤为将清洗干燥的蓝宝石基板放入PECVD设备腔体，调节二氧化硅的沉积参数，在蓝宝石基板表面沉积一层致密的二氧化硅介质层。示例性地，二氧化硅层120厚度设置为2μm。
S130、将二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
参考图8c)，其中，蚀刻二氧化硅层形成多个带有侧壁弧度微结构的工艺，可采用ICP干法刻蚀方法，通过改变混合蚀刻气体的流量体积比来对微结构121侧壁弧度进行调控，形成图形化的二氧化硅层12。
本发明实施例提供的图形化衬底的制备方法，通过在蓝宝石基板上形成带有侧壁弧度的二氧化硅微结构，构成图形化二氧化硅层，相对传统的图形化衬底其制备过程简单，只需要对二氧化硅介质层进行刻蚀，不需要对蓝宝石材料进行刻蚀，从而可以大幅度降低刻蚀时间，提高刻蚀设备产能并降低生产成本。此外，图形化的二氧化硅层可节省外延层的生长时间，并缩短外延层材料外延生长的热循环过程，起到提高化学气相沉积设备的利用率和降低LED器件成本的作用；更重要的是，本发明提供的图形化衬底中，二氧化硅层的折射率约为1.45，相对蓝宝石材料(n＝1.78)，它与GaN之间的折射率差更大，从而更有利于LED出光效率的提升；并且带有侧壁弧度的微结构能够更好地利用散射作用，将LED有源区的出射光进行散射，打破出光界面的全反射限制，改善微结构对管的有效散射面积，提高LED出光效率，并且微结构的因此具有更优良的性能，可以大幅度提升LED芯片的内量子效率和出光效率。
其中，针对S130、将二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层，本发明实施例提供了一种蚀刻带有侧壁弧度微结构的方法，图9是本发明实施例提供的又一种图形化衬底制备方法流程图，图10是本发明实施例提供的图形化衬底制备方法的示意图，参考图9和图10，该图形化衬底的制备方法步骤包括：
S110、提供一蓝宝石基板；
S120、在蓝宝石基板上形成二氧化硅层；
S131、在二氧化硅层上形成光刻胶层；
参考图10c)，其中，光刻胶层14的厚度一定程度上也会影响带有侧壁弧度微结构的刻蚀过程，可选地，光刻胶层14可设置为1μm。
S132、对光刻胶层进行图形化；
光刻胶层14进行图形化的方法可包括光刻曝光和纳米压印两种方式，而光刻曝光工艺由于曝光时采用的掩膜板类型不同，可分为光刻版和软膜光罩两种工艺，下面以类圆锥形微结构为例，对光刻胶层14的图形化工艺进行介绍：
针对光刻版式的光刻曝光图形化方法，可设计采用不同图形排布类型的光刻版，对应可形成不同微结构排布方式的图形化二氧化硅层，可参考图5，其中图形排布光刻版包括周期性正方格子排布、周期性六角密堆积排布、非周期性的准晶排布和随机阵列排布等，对应的光刻版图形为直径2μm的圆形，图形之间的最近邻间距可设置为1μm；曝光步骤则为采用步进式曝光设备，对光刻胶层14进行单一曝光场依次曝光，然后经过显影后在二氧化硅层120上形成如图10d)所示的图形化光刻胶140，即光刻胶掩膜。
针对软膜光罩式的光刻曝光图形化方法，可设计采用具有一定图形排列的软膜光罩，软膜光罩带有圆形轮廓的图案区域，圆形轮廓的直径比蓝宝石基板的直径偏大10-20mm，如2寸蓝宝石基板对应的软膜模板，图案区域的轮廓直径为60mm；4寸蓝宝石基板对应的软膜模板，图案区域的轮廓直径为115mm；6寸蓝宝石基板对应的软膜模板，图案区域的轮廓直径为170mm。同样的，软膜光罩的图形排布也可以是周期性正方格子排布、周期性六角密堆积排布、非周期性的准晶排布和随机阵列排布等，同样的，软膜光罩上的图形为圆形，直径为2μm，图形之间的最近邻间距为1μm。由于软膜光罩整体覆盖于光刻胶层14上，其只需采用软膜接触式曝光设备进行一次曝光，在由显影后形成如图10d)所示的图形化光刻胶140。
而对于纳米压印式的光刻胶图形化方法，可预先设计具有一定图形排布的纳米压印模板，同样地，纳米压印模板上图形的排布方式也可为周期性正方格子排布、周期性六角密堆积排布、非周期性的准晶排布和随机阵列排布等。纳米压印模板的尺寸应同样大于蓝宝石基板的尺寸，纳米压印模板的材料可为硅模板、镍基模板等，纳米压印模板上圆形图形的直径可设置为1μm，图形之间的最近邻间距为1μm。此处需要说明的是在二氧化硅层120上涂布光刻胶层14时，光刻胶层14的厚度可设置为0.5μm，继而采用纳米压印技术将模板上的图形转移到光刻胶层14上，形成如图10d)所示的图形化光刻胶层140，即光刻胶掩膜图形。
纳米压印技术不存在显影环节，不需要购买显影设备，因而可以降低生产线的设备成本；此外，纳米压印过程不受光学衍射极限的限制，能将图形凸起的尺寸由微米级延伸到纳米级，从而获得纳米级图形化衬底，从而拓展图形化蓝宝石复合衬底的应用领域。
S133、利用预设气体比例的六氟化硫和氧气的混合气体，将二氧化硅层为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
参考图10e)，采用反应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀方法对上述具有光刻胶掩膜图形的SiO2层的刻蚀，可采用SF6和O2混合气体按照预设的气体比例进行刻蚀，具体的ICP刻蚀过程中，可设置参数为上电极功率LF1400W，下电极功率RF40W，经过10min的刻蚀后，光刻胶被全部蚀刻掉，并形成图形化二氧化硅层。其中，图形化二氧化硅层中的微结构的排布方式与光刻版掩膜图形排布一致。
对应于步骤132中分别以光刻曝光和纳米压印方式形成的图形化光刻胶，其经过ICP干法刻蚀方法制成的图形化二氧化硅层的微结构参数也不同。以光刻版式和软膜光罩式的光刻曝光图形化方法和参数形成的类圆锥形微结构，其底部直径为1.7μm，高度为1.2μm，微结构之间的最邻近间距为0.4μm。以纳米压印式的光刻胶图形化方法和参数其形成的类圆锥形微结构，其底部直径为2.6μm，高度为1.6μm，微结构之间的最邻近间距为0.3μm。对于不同图形化方式和参数，本领域技术人员可根据实际情况进行选择和设计，此处不做限制。
此外，我们可以通过改变SF6和O2混合气体的流量体积比对图形化二氧化硅层中微结构的侧壁弧度进行调控，由此可实现微结构侧壁弧度范围在0-500纳米可控。可选地，SF6和O2混合气体的预设气体比例可选用5:1～10:1，由此可进一步地将微结构的侧壁弧度控制在90-200nm。其中，参考图3，通过设置SF6和O2混合气体的预设气体比例为5:1，可获得图3b)所示的微结构的侧壁弧度为90nm，通过设置SF6和O2混合气体的预设气体比例为20:3，可获得图3c)所示的侧壁弧度为150nm的微结构，通过设置SF6和O2混合气体的预设气体比例为10:1，可获得图3d)所示的侧壁弧度为200nm的微结构。
可选地，在步骤S133形成图形化二氧化硅层后，还可以在图形化二氧化硅层上形成缓冲层，例如通过将图10e)所示的图形化衬底置于物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)设备中，进行AlN沉积，控制沉积速率等参数，在图形衬底表面形成一层厚度为30纳米的AlN缓冲层，关于AlN缓冲层的制备，还可采用磁控溅射或化学气相沉积(CVD)方法制得。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种图形化衬底，其特征在于，包括：
蓝宝石基板；
位于所述蓝宝石基板上的图形化二氧化硅层，所述图形化二氧化硅层包括多个微结构，所述微结构带有侧壁弧度。
2.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述微结构为类圆锥形、类圆台型、类多边锥形或类多边台形。
3.根据权利要求2所述的图形化衬底，其特征在于，所述微结构的侧壁弧度的隆起高度为70～300nm。
4.根据权利要求3所述的图形化衬底，其特征在于，所述微结构的高度为0.1μm～2.5μm；所述微结构的底部直径为0.1μm～5μm；所述微结构的间距为0μm～2μm。
5.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述图形化衬底还包括缓冲层，所述缓冲层位于所述图形化二氧化硅层背离所述蓝宝石基板一侧。
6.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述缓冲层为AlN缓冲层，所述AlN缓冲层厚度为1nm～100nm。
7.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述多个微结构呈周期性正方格子排布、周期性六角密堆积排布、非周期性的准晶排布或随机排布。
8.一种LED外延片，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的图形化衬底，以及形成于图形化衬底上的外延层。
9.一种图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括：
提供一蓝宝石基板；
在所述蓝宝石基板上形成二氧化硅层；
将所述二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
10.根据权利要求9所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述将所述二氧化硅层蚀刻为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层，包括：
在所述二氧化硅层上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行图形化；
利用预设气体比例的六氟化硫和氧气的混合气体，将所述二氧化硅层为多个带有侧壁弧度的微结构，形成图形化二氧化硅层。
11.根据权利要求10所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述预设气体比例为5:1～10:1。
12.根据权利要求10所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述对所述光刻胶层进行图形化，包括：
采用光刻方法对所述光刻胶层进行图形化，或采用纳米压印对所述光刻胶层进行图形化。
13.根据权利要求9所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述图形化二氧化硅层上形成缓冲层。
CN201810870606.9A 2018-08-02 2018-08-02 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法 Pending CN110797442A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810870606.9A CN110797442A (zh) 2018-08-02 2018-08-02 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810870606.9A CN110797442A (zh) 2018-08-02 2018-08-02 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110797442A true CN110797442A (zh) 2020-02-14

Family

ID=69426167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810870606.9A Pending CN110797442A (zh) 2018-08-02 2018-08-02 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110797442A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112687778A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 北京中科优唯科技有限公司 一种纳米图形化衬底及其制作方法
CN113054064A (zh) * 2021-03-22 2021-06-29 华南师范大学 高外量子效率的深紫外led及其制备方法
CN113871524A (zh) * 2021-08-30 2021-12-31 广东工业大学 一种led器件封装材料及其制备方法和应用
CN114068779A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 黄山博蓝特光电技术有限公司 应用于直下式背光led芯片的复合型衬底及其制备方法
CN114267764A (zh) * 2021-12-27 2022-04-01 广东省科学院半导体研究所 高出光效率的深紫外led及其制备方法
CN114284415A (zh) * 2022-03-08 2022-04-05 江西兆驰半导体有限公司 一种倒装led外延结构及其制备方法
WO2022151045A1 (zh) * 2021-01-13 2022-07-21 华为技术有限公司 半导体器件及其制作方法、终端设备
CN115775855A (zh) * 2021-09-06 2023-03-10 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 图形化复合衬底及发光元件
WO2023045409A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 深圳迈塔兰斯科技有限公司 提高发光二极管取光效率的超表面
CN116154064A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 江西兆驰半导体有限公司 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112687778A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 北京中科优唯科技有限公司 一种纳米图形化衬底及其制作方法
WO2022151045A1 (zh) * 2021-01-13 2022-07-21 华为技术有限公司 半导体器件及其制作方法、终端设备
CN113054064A (zh) * 2021-03-22 2021-06-29 华南师范大学 高外量子效率的深紫外led及其制备方法
CN113871524A (zh) * 2021-08-30 2021-12-31 广东工业大学 一种led器件封装材料及其制备方法和应用
CN115775855A (zh) * 2021-09-06 2023-03-10 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 图形化复合衬底及发光元件
CN115775855B (zh) * 2021-09-06 2023-11-17 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 图形化复合衬底及发光元件
WO2023045409A1 (zh) * 2021-09-23 2023-03-30 深圳迈塔兰斯科技有限公司 提高发光二极管取光效率的超表面
CN114068779A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 黄山博蓝特光电技术有限公司 应用于直下式背光led芯片的复合型衬底及其制备方法
CN114068779B (zh) * 2021-11-16 2024-04-12 黄山博蓝特光电技术有限公司 应用于直下式背光led芯片的复合型衬底及其制备方法
CN114267764A (zh) * 2021-12-27 2022-04-01 广东省科学院半导体研究所 高出光效率的深紫外led及其制备方法
CN114267764B (zh) * 2021-12-27 2024-05-17 广东省科学院半导体研究所 高出光效率的深紫外led及其制备方法
CN114284415A (zh) * 2022-03-08 2022-04-05 江西兆驰半导体有限公司 一种倒装led外延结构及其制备方法
CN116154064A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 江西兆驰半导体有限公司 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110797442A (zh) 一种图形化衬底、led外延片及图形化衬底制备方法
JP6219905B2 (ja) 半導体薄膜構造及びその形成方法
US8384111B2 (en) Method for forming sapphire substrate and semiconductor device
CN208738290U (zh) 一种图形化衬底、led外延片
JP2005136106A (ja) 単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子
CN102034907A (zh) 一种提高GaN基LED发光效率的图形掩埋方法
CN110246939A (zh) 一种图形化复合基底、制备方法及led外延片
CN215070019U (zh) 图形化复合衬底及其led芯片
KR102232265B1 (ko) 기판 구조, 그 형성방법, 및 이를 이용한 질화물 반도체 제조방법
KR101023135B1 (ko) 이중요철구조의 기판을 갖는 반도체 발광소자 및 그 제조방법
TW201324858A (zh) 發光二極體
CN210403763U (zh) 一种图形化复合基底及led外延片
TW201324857A (zh) 發光二極體的製備方法
TW201316551A (zh) 發光二極體的製備方法
JP5794963B2 (ja) 発光ダイオード
CN110112271A (zh) 一种底层带有凹纳米图形的led外延结构及其制作方法
TWI476955B (zh) 發光二極體的製備方法
Chen et al. Fabrication of nano-patterned sapphire substrates by combining nanoimprint lithography with edge effects
US20130276696A1 (en) Production method for flat substrate with low defect density
TWI297959B (zh)
TWI446584B (zh) 發光二極體
TW201709549A (zh) 具有圖案化結構之藍寶石基板
WO2016173359A1 (zh) 一种发光二极管结构及其制备方法
WO2019127422A1 (zh) 一种led结构及其制备方法
CN111613704B (zh) 一种高亮度深紫外led用图形化蓝宝石衬底及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: No.4, Gongye North 2nd Road, Songshanhu high tech Industrial Development Zone, Dongguan, Guangdong 523000

Applicant after: Guangdong Zhongtu Semiconductor Technology Co., Ltd

Address before: No.4, Gongye North 2nd Road, Songshanhu high tech Industrial Development Zone, Dongguan, Guangdong 523000

Applicant before: DONGGUAN SINOPATT SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information