CN113257970A - 一种用于led生长的图形化衬底、外延片和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于LED生长的图形化衬底、外延片和制备方法。该衬底包括图形化蓝宝石衬底，图形化蓝宝石衬底的一侧表面形成有多个蓝宝石图形，异质层，位于图形化蓝宝石形成有蓝宝石图形的一侧表面，蓝宝石图形被包覆于异质层的内部，且蓝宝石图形的上表面与异质层的上表面齐平。本发明通过将蓝宝石c面经过研磨和抛光处理，使得外延层的材料只在蓝宝石c面成核生长，具有良好的平整度和可控的表面粗糙度，有利于获得低缺陷的外延层，进一步降低外延层位错密度，保证外延质量；并且通过外延层、蓝宝石衬底、异质层及空气的梯度折射率差异及蓝宝石衬底中形成的凸起结构降低全反射，增加光提取率，进而提高外量子效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于LED生长的图形化衬底、外延片和制备方法。
背景技术
发光二极管（LED，Light Emitting Diode）在近年得到迅速发展。LED 具有体积小、效率高、寿命长、环保、节能等优点。例如，发射相同光通量的情况下，LED的耗电量约是白炽灯的 1/10。因此，LED被誉为“照亮人类未来”的技术。随着第三代半导体材料氮化镓（GaN）在应用上的突破，红光、蓝光、白光、绿光、紫外发光二极管的相继问世，LED开始逐渐走入了人们的日常生活。目前，LED已经广泛用于普通照明、车灯、景观灯、路灯照明、液晶板背光源、手机背光源、数码相机闪光灯、显示屏、聚合物固化、杀菌消毒等领域。
制约LED光电转换效率的一个重要因素就是晶体位错缺陷密度过高，所以提高GaN晶体质量、降低发光区域的非辐射复合，是提高GaN基LED光电转换效率的关键。
由于GaN、AlN衬底成本太高，大部分LED异质外延生长在c面蓝宝石衬底上，但两层材料之间存在晶格失配与热失配。目前，蓝宝石衬底上生长GaN外延层有3种方式：
（1）平片蓝宝石衬底上直接生长GaN外延层，当厚度超过临界厚度时，容易产生裂纹；另一方面，更大的c平面区域具有更高密度的GaN岛状生长、更多数量的晶粒结合边界，最终导致更高的位错密度，降低LED内量子效率；
（2）在锥体凸起型图形化蓝宝石衬底（PSS）上直接生长GaN外延层， GaN仍会在在PSS的锥体侧壁生长，不同侧壁的晶粒取向不一致，与底部c面生长的GaN合并导致位错产生，降低晶体质量；
（3）凹洞型纳米图形化蓝宝石衬底（NPSS）。外延层横向生长相互合并，覆盖NPSS的凹坑区域，但合并区域下方会形成明显的空气空腔与新位错，而空气空腔不利于倒装LED的光提取。
发明内容
本发明提供一种用于LED生长的图形化衬底、外延片和制备方法，以降低外延层中的位错密度，保证外延质量，提高GaN基LED衬底的光电转换效率；并且通过材料组合设计进一步提高光提取效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于LED生长的图形化衬底，包括：
图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底的一侧表面形成有多个蓝宝石图形，所述蓝宝石图形具有平整上表面；
异质层，位于所述图形化蓝宝石形成有所述蓝宝石图形的一侧表面，所述蓝宝石图形被包覆于所述异质层中，所述异质层的上表面裸露出所述蓝宝石图形的上表面，且所述蓝宝石图形的上表面与所述异质层的上表面齐平。
可选地，所述异质层的材料包括氧化物、氮化物、碳化物、单质中的至少一种。
可选地，所述蓝宝石图形的排布周期小于或等于4000 nm。
可选地，所述蓝宝石图形的顶部直径小于或等于底部直径。
第二方面，本发明实施例还提供了一种用于LED生长的外延片，包括上述第一方面中所述的图形化衬底，还包括位于所述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用于LED生长的图形化衬底的制备方法，包括如下具体步骤：
对蓝宝石衬底的表面进行图案化，形成多个蓝宝石图形，所述蓝宝石图形具有平整上表面；
在所述蓝宝石衬底形成有所述蓝宝石图形的一侧表面沉积一层异质层；
对所述异质层进行减薄抛光处理，以使所述蓝宝石图形被包覆于所述异质层中，所述异质层的上表面裸露出所述蓝宝石图形的上表面，且所述蓝宝石图形的上表面与所述异质层的上表面齐平；
可选地，对所述异质层进行减薄抛光处理，包括：采用粒径0.2～10 μm的研磨液对上述异质层进行精抛处理。
可选地，在对所述异质层进行减薄抛光处理之后，还包括：对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗。
可选地，对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗，包括：采用等离子体清洗、有机溶剂清洗、去离子水清洗中的至少一种清洗方式，对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗。
可选地，减薄抛光处理之前的所述蓝宝石图形的高度H0与减薄抛光处理之后的所述蓝宝石图形的高度H1满足：0＜H1≤H0。
可选地，减薄抛光处理之前的所述蓝宝石图形为锥状图形或台状图形或柱状图形，减薄抛光处理之后的所述蓝宝石图形为台状图形或柱状图形。
本发明实施例提供的用于LED生长的图形化衬底，包括，图形化蓝宝石衬底，图形化蓝宝石衬底的一侧表面形成有多个蓝宝石图形，异质层，位于图形化蓝宝石形成有蓝宝石图形的一侧表面，蓝宝石图形被包覆于异质层内部，且蓝宝石图形的上表面与异质层的上表面齐平，通过将蓝宝石凸起微结构的上表面与异质层上表面齐平，且蓝宝石凸起微结构被包覆于异质层内部，使得外延层的材料只在蓝宝石c面成核生长，本发明中用于LEDGaN材料生长的图形化衬底的c面经过抛光和研磨处理后，具有良好的平整度和可控的表面粗糙度，有利于获得低缺陷的外延层，并与后端外延进行动态匹配，通过图形设计与刻蚀、研磨抛光参数等多维度，减少蓝宝石衬底用于生长外延的c面面积，在衬底生长外延材料时避免过多晶核引起的缺陷，同时克服了行业内老旧曝光机线宽大、精度不足的限制，搭配可变的图形周期排列，有利于形成更低的外延层岛密度、增加外延层中外延材料的横向生长时间、调控岛的合并方式，进一步降低外延层位错密度。以用于紫外LED的图形化衬底为例，在其AlGaN外延层横向生长的过程中，平整的异质层为Al、Ga原子的迁移提供一个平台支撑，有利于降低不同区域AlGaN合并时的晶格匹配差异，从而降低外延层中的位错密度，保证外延质量。另外，因紫外 LED的p型层缺少适用的透明电极层，而LED倒装结构不需要透明电极层，且具有良好的导热性，故紫外 LED一般采用倒装结构进行封装，紫外 LED图形化衬底包括的AlGaN层、蓝宝石衬底、SiO2以及空气的折射率依次为2.0~2.35、1.79、1.45、1.00，梯度折射率差异与本发明的蓝宝石衬底上的凸起结构有利于减少全反射，增加出光几率，进而提高光提取效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种用于LED生长的图形化衬底的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种LED生长的外延片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于LED生长的图形化衬底的制备方法的流程示意图；
图4是图3所示用于LED生长的图形化衬底的制备方法中结构流程图；
图5是图3所示又一种用于LED生长的图形化衬底的制备方法中结构流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。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内容。
图1为本发明实施例提供的一种用于LED生长的图形化衬底的结构示意图。如图1所示，该衬底100包括：图形化蓝宝石衬底10，图形化蓝宝石衬底10的一侧表面形成有多个蓝宝石图形11，蓝宝石图形11具有平整上表面，异质层20，位于图形化蓝宝石衬底10形成有蓝宝石图形11的一侧表面，蓝宝石图形11被包覆于异质层20中，异质层20的上表面裸露出蓝宝石图形11的上表面，且蓝宝石图形11的上表面与异质层20的上表面齐平。
在本实施例中，以紫外LED生长的图形化衬底为例进行说明，在其他一些实施例中，该LED生长的图形化衬底还可以包括红光、绿光、蓝光等LED图形化衬底。
由于AlN衬底成本太高，大部分紫外 LED异质外延生长在图形化蓝宝石衬底10的c面上，但两层材料之间存在晶格失配与热失配，为了提高紫外 LED的出光效率，可直接在图形化蓝宝石衬底10上生长外延层。现有技术中，用于紫外LED生长的图形化衬底的外延层的材料通常为AlGaN，除去在平片的蓝宝石衬底上生长AlGaN外延层的方式，通常还包括在锥体凸起型的图形化蓝宝石衬底上直接生长AlGaN外延层，由于Al-N键（2.88 eV）能高于Ga-N键能（2.2 eV），导致Al原子相比于Ga原子具有更大的粘滞系数，AlGaN很容易在蓝宝石衬底的锥体侧壁生长，且因锥体凸起存在不同的侧壁，且不同侧壁上的晶粒取向不一致，导致侧壁上生长的AlGaN与蓝宝石衬底c面生长的AlGaN合并时发生位错，进而降低晶体质量，甚至会导致蓝宝石衬底上生长外延层失败。
还存在一种情况是，例如，为了提高紫外LED的出光效率，现有的技术还通过在蓝宝石衬底上形成凹洞型的纳米图形，在蓝宝石衬底上生长AlGaN外延层时，由于Al原子粘附性大于Ga原子，外延生长过程中Al原子表面迁移距离远小于Ga原子，因此，通过缩小凹洞型的纳米图形的尺寸来弥补Al原子迁移能力不足的缺陷。当外延层横向生长时，位于蓝宝石衬底上的凹洞表面的外延层相互合并，会覆盖蓝宝石衬底的凹洞区域，这会导致生长的AlGaN与蓝宝石衬底c面生长的AlGaN合并时发生位错。另外，合并区域下方的凹洞内形成明显的空气空腔，形成的空腔会降低倒装紫外LED的光提取效率。
在本实施例中，图形化蓝宝石衬底10的一侧表面形成的多个蓝宝石图形11呈凸起的微结构，在本实施例及其他一些实施例中，用凸起微结构表述，其中，通过适当调整光刻工艺的蚀刻条件和图形掩膜，可以对凸起微结构11的高度、底宽、侧壁弧度等尺寸形状以及排列进行控制。在本实施例中，蓝宝石凸起微结构11的上表面与异质层20上表面齐平，且蓝宝石凸起微结构11被包覆于异质层20内部，将形成的凸起微结构11经过研磨和抛光处理后，使得外延层的材料只在c面成核生长，具有良好的平整度与可控的粗糙度。并且当外延层的材料横向生长时，平整的异质层为Al、Ga等原子的迁移提供一个平台支撑，有利于降低c面或其他区域外延材料合并时的晶格匹配差异。同时，在图形化蓝宝石衬底10形成有蓝宝石图形11的一侧表面沉积异质层20时，会在在蓝宝石衬底10的一侧表面形成的每个凸起微结构11之间的间隙区域沉积异质层20材料，有利于c面上生长的晶核在异质层表面横向生长并连结，而非在每个凸起微结构11的间隙的内壁上生长。
裸露于异质层20表面的蓝宝石图形11用于生长外延层，外延材料在平整的c面上成核继而生长成外延层。在蓝宝石衬底10上形成的蓝宝石图形11，可以减少蓝宝石衬底10用于生长外延的c面面积，在衬底上生长外延材料时避免过多晶核引起的缺陷，从而降低外延层中的位错密度，保证外延质量。该图形化衬底中的异质材料实质是相对于蓝宝石衬底以及外延层材料例如GaN而言，即异于蓝宝石衬底10和外延材料的材料。由于外延材料生长困难，即异质材料具备抑制外延材料生长的作用。此时，由异质材料制成的蓝宝石衬底10能够抑制外延材料在凸起微结构11的侧面生长，有助于外延材料的位错沿凸起微结构11的侧面弯曲以及在凸起微结构11顶部的合拢，从而有利于避免外延材料在凸起微结构11侧面和顶部生长时导致的外延层应力集中，进而改善外延生长质量。
另外，本实施例以紫外LED生长的图形化衬底为例进行说明，外延片中的外延层（例如AlGaN层）以及该图形化衬底包括的蓝宝石图形11、异质层20及空气的折射率依次为2.0~2.35、1.79、1.45、1.00，利用凸起微结构11和各介质层的梯度折射率差异与本发明的蓝宝石衬底上的凸起结构，使得光线从外延层入射至蓝宝石图形11时，减少发生全反射的几率。此外，由于凸起的蓝宝石图形11存在侧壁等结构特征，同样会改变界面的斜率，进一步地等多出射的光线，有利于提高光提取效率。
本发明实施例提供的一种用于LED生长的图形化衬底，该衬底包括：图形化蓝宝石衬底，图形化蓝宝石衬底的一侧表面形成有多个蓝宝石图形，蓝宝石图形具有平整上表面，异质层，位于图形化蓝宝石形成有蓝宝石图形的一侧表面，蓝宝石图形被包覆于异质层中，异质层的上表面裸露出蓝宝石图形的上表面，且蓝宝石图形的上表面与异质层的上表面齐平，通过将蓝宝石凸起微结构的上表面与异质层上表面齐平，且蓝宝石凸起微结构裸露于异质层的表面，使得外延层的材料只在c面成核生长，本发明中LED生长的图形化衬底的c面经过研磨与抛光处理后，具有良好的平整度和可控的表面粗糙度，有利于获得低缺陷的AlGaN外延层，并与后端外延进行动态匹配，通过图形设计与刻蚀、研磨抛光参数等多维度，减少蓝宝石衬底用于生长外延的c面面积，在衬底生长外延材料时避免过多晶核引起的缺陷，克服了行业内老旧曝光机线宽大、精度不足的限制，搭配可变的图形周期排列，有利于形成更低的外延层岛密度、增加外延层中外延材料的横向生长时间、调控岛的合并方式，进一步降低外延层位错密度，以紫外LED的图形化衬底为例的AlGaN外延层横向生长过程中，平整的异质层为Al、Ga原子的迁移提供一个平台支撑，有利于降低不同区域AlGaN合并时的晶格匹配差异，从而降低外延层中的位错密度，保证外延质量。另外，因紫外 LED的p型层缺少适用的透明电极层，而LED倒装结构不需要透明电极层，且具有良好的导热性，故紫外LED一般采用倒装结构进行封装，紫外LED图形化衬底包括的AlGaN层、蓝宝石衬底、SiO2以及空气的折射率依次为2.0~2.35、1.79、1.45、1.00，梯度折射率差异与本发明的蓝宝石衬底上的凸起结构有利于减少全反射，增加出光几率，进而提高光提取效率。
可选地，异质层20的材料包括氧化物、氮化物、碳化物、单质中的至少一种。
如上所述的图形化衬底100中，异质材料可选采用氧化物、氮化物、碳化物和单质的至少一种，即可以是氧化物、氮化物、碳化物和单质的单种材料，也可以是包含多种材料的组合。
具体地，异质材料可选择氧化物、氮化物、碳化物或单质等，其中氧化物可以是SiOx，ZnO，TiOx，TaOx，HfO2，ZrOx，AlOx，GaOx，MgOx，BaOx，InOx，SnO2，LiOx，CaOx，CuOx，IrOx，RhOx，CdGeO，InGaZnO，ZnRhO，GaIn2O4，LaO，LaCuO等，氮化物可以是SiNx、TiN、WN、CN、BN、LiN、TiON、SiON、CrN、CrNO等，碳化物可以是SiC、HfC、ZrC、WC、TiC、CrC等，单质则可以是金刚石，Si，Mo，Cu，Fe，Ag，Wu，Ni，Al等。衬底基板10则可以采用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化硅、氧化锌、尖晶石、钼、铜、铁、银、钨、镍或铝等材料制成，例如采用传统的蓝宝石衬底。
可选地，蓝宝石图形11的排布周期小于或等于4000 nm。
在本实施例中，若LED为紫外LED，则蓝宝石图形11的排布周期可设置小于或等于1000 nm。若LED为蓝光或其他光源的LED，则蓝宝石图形11的排布周期可设置小于或等于4000 nm。由于裸露于异质层20表面的蓝宝石图形11用于生长外延层，外延材料在平整的c面上成核继而生长成外延层，当蓝宝石图形11的排布周期小于或等于4000 nm时，无论是紫光LED、蓝光LED或发出其他颜色光的LED，都有利于限制晶核数量，在衬底上生长外延材料时能够避免形成过多晶核在晶核连结时产生过多的晶格缺陷，从而降低外延层中的位错密度，保证外延质量。
可选地，蓝宝石图形11的顶部直径D1小于或等于底部直径D2。
其中，在本实施例中，在蓝宝石衬底10一侧表面形成的多个蓝宝石图形11为凸起微结构，其凸起图形可以为n边锥体（n≥3）、圆形锥、椭圆形锥、圆台、圆柱、n边台体（n≥3）的其中一种，也可以是其中的两种或两种以上的图形的组合。
需要说明的是，由于异质层20表面不生长晶核，裸露于异质层20表面的蓝宝石图形11才用于生长外延层，外延材料在平整的c面上成核继而生长成外延层，为了确保外延质量，蓝宝石图形11的顶部直径D1也不能过小，需保证外延层的材料在c面具备成核生长的面积。
在制作蓝宝石图形11时，通过适当调整光刻工艺的蚀刻条件和图形掩膜，可以对凸起微结构11的高度、顶部直径、底部直径、侧壁弧度等尺寸形状以及排列位置进行控制。
图2为本发明实施例提供的一种LED生长的外延片的结构示意图。如图2所示，该外延片包括上述任意实施例中的图形化衬底100，还包括位于图形化衬底上的外延层200。
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。例如，对于本发明实施例提供的用于紫外LED生长的图形化衬底，对应的LED外延片上的外延层200为AlN或AlGaN外延层，在其他一些实施例中，当图形化衬底基于蓝光LED时，对应的LED外延片上外延层200为GaN或InGaN外延层。
并且由于本实施例提供的LED外延片包括上述实施例提供的用于LED生长的图形化衬底100，因而具备与该图形化衬底100相同或相应的有益效果，此处不再赘述。
图3为本发明实施例提供的一种用于LED生长的图形化衬底的制备方法的流程示意图。图4是图3所示用于LED生长的图形化衬底的制备方法中结构流程图。参考图3和图4，对本发明实施例提供的用于LED生长的图形化衬底的制备方法进行介绍。该制备方法具体包括如下步骤：
如图3所示，该制备方法具体包括如下步骤：
S310、对蓝宝石衬底的表面进行图案化，形成多个蓝宝石图形，蓝宝石图形具有平整上表面。
参照图4的a）图，提供一蓝宝石衬底10。
参照图4的b）图，采用旋涂或者喷涂工艺，在蓝宝石衬底10上涂覆一层光刻胶薄膜形成光刻胶层13，该光刻胶层13可选采用正性光刻胶或负性光刻胶，通过旋涂或喷涂的工艺可以调节光刻胶的厚度，且其厚度可选为300 nm，然后125℃烘烤90s后冷却，得到黄光片；紧接着，参考图4的c）图，采用光刻技术对光刻胶薄膜进行曝光、显影以形成掩膜体，得到光刻胶柱131。以正性光刻胶为例，曝光区域的光刻胶改性，从而可溶于特定的溶解液中，因而未经曝光的区域则被保留形成光刻胶掩膜体。获得该蓝宝石图形光刻胶掩膜体，需预先对蓝宝石图形的设置排列位置、形状以及尺寸大小进行设计，在制备光刻胶掩膜体时，直接利用曝光掩膜版将掩膜版图案转移到该光刻胶层上。另外，在其他一些实施例中，本领域技术人员还可以采用负性光刻胶进行光刻，此处不再赘述。
本领域技术人员还可利用其他图形化工艺例如纳米压印的方式将光刻胶进行图案化，采用纳米压印工艺时，可选为特制周期900 nm、底径600 nm、高度800 nm的圆柱型硬膜版，翻模后得到对应的软膜版，接着用压印软膜版对匀胶黄光片施加20 kPa的压力，同时照射365 nm紫外线45 s，以帮助压印胶的流动填充与固化定型，然后进行缓慢脱模，得到周期为900 nm、底径600 nm、高度800 nm的胶柱图形，底层压印胶的厚度要确保小于40 nm。
参考图4中的d）图，采用充分干法刻蚀工艺进行图案转移，将带有光刻胶掩膜体的蓝宝石衬底10整体放入工艺腔内，进行抽真空处理，所用到的刻蚀气体可包括BCl3、Cl2、CF4、CHF3等，上电极功率为1000~1500 W，下电极功率为400~700 W，当刻蚀气体为CHF3和BCl3时，CHF3和BCl3的流量比为0%~20%，刻蚀时间为600~1200 s。另外，在其他一些实施例中，干法刻蚀过程还可以是不充分的，当充分刻蚀后，刻蚀深度较深，光刻胶掩膜体可以完全被刻蚀去除，得到的周期性的蓝宝石图形11为锥状结构。
示例性地，参考图4的d）图，在采用干法刻蚀的过程中，具体的刻蚀参数可采用：上电极功率1200 W，下电极功率600 W，BCl3流量100 sccm，CHF3流量15 sccm，刻蚀时间450 s。
在刻蚀结束后，得到具有周期排列的凸起的蓝宝石图形11，其底径大概为750 nm，高度大概为600 nm。
需要说明的是，参照图4中的c）和d）图，每个凸起的蓝宝石图形11与光刻胶柱131一一对应。而且，光刻胶柱131的形状、尺寸和排列位置奠定了每个凸起的蓝宝石图形11的形状、尺寸和排列位置的基础，故在设计掩膜图案时，通过设置光刻胶柱131的图案即可实现对每个凸起的蓝宝石图形11的形状的调节。此外需要说明的是，每个凸起的蓝宝石图形11的形状除与光刻胶柱131相关外，还与干法刻蚀的工艺条件有关。本领域技术人员可根据实际需求，合理选择干法刻蚀的气体，还可对气体的比例以及干法刻蚀的时间进行合理设置，以获得目标形状和尺寸的复合微结构。
S320、在蓝宝石衬底10形成有蓝宝石图形11的一侧表面沉积一层异质层20。
该步骤实质是沉积异质材料形成异质层20的过程，一般地，沉积工艺可采用磁控溅射、化学气相沉积工艺等，本实施例中以采用化学气相沉积技术为例进行说明。
其中，在本实施例中，异质层10的厚度可以等于蓝宝石图形11的厚度，当异质层10的厚度等于蓝宝石图形11的厚度时，蓝宝石图形11的上表面与异质层10的上表面齐平；异质层10的厚度也可以大于蓝宝石图形11的厚度，蓝宝石图形11被包覆于异质层10的内部；异质层10的厚度也可以小于蓝宝石图形11的厚度，蓝宝石图形11裸露与异质层10的上表面，有利于后续外延层的外延材料在蓝宝石图形的c面成核生长。
参考图4中的e）图，在锥体型图形化蓝宝石衬底10表面沉积一层1000 nm厚的SiO2异质层20，SiO2异质层20表面平整，并将形成的凸起状的蓝宝石图形11之间的间隙填充满。
另外的，在其他一些实施例中，本领域技术人员还可以通过磁控溅射的沉积方式在蓝宝石图形11的一侧表面沉积一层异质层20，此处不再赘述。
S330、对异质层20进行减薄抛光处理，以使蓝宝石图形11被包覆于异质层20中，异质层20的上表面裸露出蓝宝石图形11的上表面，且蓝宝石图形11的上表面与异质层20的上表面齐平。
可以理解，增加减薄步骤，其主要目的是提供蓝宝石衬底10时，可相对增加蓝宝石衬底10和异质层20的厚度，此时蓝宝石衬底10的刚性能力较强，在其上形成凸起微结构的蓝宝石图形11时，可以避免衬底过薄而发生裂片的问题，保证图形化后的两个衬底质量。
可选地，对异质层20进行减薄抛光处理，包括：采用粒径0.2～10 μm的研磨液对上述异质层20进行精抛处理。
在本实施例中，可以通过控制粒子半径来控制加工时的表面粗糙度。
参考图4中的f）图，在对异质层20进行减薄抛光处理时，可选采用0.3 μm粒度的钻石液对SiO2异质层20的表面进行研磨抛光处理，使得蓝宝石图形11的上表面与SiO2异质层20的上表面齐平，并在SiO2异质层20的表面使凸起微结构的蓝宝石图形11裸露出来。
需要说明的是，研磨液材料可以是金刚石（钻石）、碳化硼、氮化硼、三氧化二铝、二氧化硅等及其混合物。
可选地，对上述实施例进行补充说明的是，在对异质层20进行减薄抛光处理之后，还包括：对异质层20和蓝宝石图形11的表面进行清洗。
在上述步骤后，由于减薄抛光之后可能存在残留，使用30%浓度的氨水对研磨抛光后的衬底进行刷洗，并将异质层20和蓝宝石图形11的表面置于120℃的SPM溶液（H2SO4：H2O2=1：8）进行清洗，清洗时间为10 min，然后再冲水8 min后甩干，最终可获得洁净的图形化衬底100。
图5是图3所示又一种用于LED生长的图形化衬底的制备方法中结构流程图。
参考图5中的a）图，提供一蓝宝石衬底10。
参照图5的b）图，采用旋涂或者喷涂工艺，在蓝宝石衬底10上涂覆一层光刻胶薄膜形成光刻胶层13。本实施例中形成光刻胶层的工艺与上述实施例中图4的a）图的工艺一致，此处不再赘述。
参考图5的c）图，采用光刻技术对光刻胶薄膜进行曝光显影以形成掩膜，得到光刻胶柱132。
参考图5中的d）图，采用不充分干法刻蚀工艺进行图案转移，刻蚀深度较浅，部分光刻胶掩膜残留在刻蚀后形成的蓝宝石图形11表面，得到周期性的凸起状的蓝宝石图形11的顶部呈“平面”状。本实施例中的干法刻蚀工艺与上述实施例中的干法刻蚀工艺一致，此处不再赘述。
需要说明的是，在当刻蚀不充分时，参照图5中的e)图，残留的光刻胶材料1321可以通过干洗清洗或湿洗清洗去除，干法清洗使用等离子体，湿洗清洗采用有机清洗与SPM清洗、去离子水清洗相结合的方式。
参考图5中的f）图，在蓝宝石衬底10形成有蓝宝石图形11的一侧表面沉积一层异质层20，异质层20的厚度大于蓝宝石图形11的厚度。
如上所述的沉积异质层20的工艺相同，在不充分刻蚀后，在锥体型图形化蓝宝石衬底10表面沉积一层1000 nm厚的SiO2异质层20，SiO2异质层20表面平整，并将形成的凸起状的蓝宝石图形11之间的间隙填满。
参考图5中的g）图，在对异质层20进行减薄抛光处理，使得凸起微结构的蓝宝石图形11的上表面与SiO2异质层20的上表面齐平，并在SiO2异质层20的表面使凸起微结构的蓝宝石图形11裸露出来。
可选地，对异质层20和蓝宝石图形11的表面进行清洗，包括：采用等离子体清洗、有机溶剂清洗、去离子水清洗中的至少一种清洗方式，对异质层和蓝宝石图形的表面进行清洗。
如上所述采用干法刻蚀工艺进行图案转移时，利用干洗清洗或湿洗清洗去除在刻蚀不充分时留有的光刻胶材料。在本实施例中，同样可以采用湿法清洗对异质层20和蓝宝石图形11的表面进行清洗。
可选地，减薄抛光处理之前的蓝宝石图形11为锥状图形或台状图形或柱状图形，减薄抛光处理之后的蓝宝石图形11为台状图形或柱状图形。
参照图4中的e）图和f）图，或图5中的f）图和g）图，沉积异质层20后，采用0.3 μm粒径的钻石液对上述异质层20进行精抛处理，此时，蓝宝石衬底10上的蓝宝石图形11完全由干法刻蚀工艺为充分刻蚀或不充分刻蚀决定，在减薄抛光处理之后，使凸起状的蓝宝石图形11的上部呈“平面”的状态暴露出来，此时，蓝宝石图形11的顶部为平面，并且在减薄抛光后剩余的蓝宝石图形11的高度应不大于减薄抛光之前的蓝宝石图形11的高度，但不为零。
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、相互结合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 (11)
1.一种用于LED生长的图形化衬底，其特征在于，包括：
图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底上形成有多个蓝宝石图形，所述蓝宝石图形具有平整上表面；
异质层，位于所述图形化蓝宝石形成有所述蓝宝石图形的一侧表面，所述蓝宝石图形被包覆于所述异质层中，所述异质层的上表面裸露出所述蓝宝石图形的上表面，且所述蓝宝石图形的上表面与所述异质层的上表面齐平。
2.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述异质层的材料包括氧化物、氮化物、碳化物、单质中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述蓝宝石图形的排布周期小于或等于4000 nm。
4.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述蓝宝石图形的顶部直径小于或等于底部直径。
5.一种用于LED生长的外延片，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的图形化衬底，还包括位于所述图形化衬底上的外延层。
6.一种用于LED生长的图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括：
对蓝宝石衬底的表面进行图案化，形成多个蓝宝石图形，所述蓝宝石图形具有平整上表面；
在所述蓝宝石衬底形成有所述蓝宝石图形的一侧表面沉积一层异质层；
对所述异质层进行减薄抛光处理，以使所述蓝宝石图形包覆于所述异质层中，所述异质层的上表面裸露出所述蓝宝石图形的上表面，且所述蓝宝石图形的上表面与所述异质层的上表面齐平。
7.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，对所述异质层进行减薄抛光处理，包括：
采用粒径0.2～10 μm的研磨液对上述异质层进行精抛处理。
8.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，在对所述异质层进行减薄抛光处理之后，还包括：
对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗。
9.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗，包括：
采用等离子体清洗、有机溶剂清洗、去离子水清洗中的至少一种清洗方式，对所述异质层和所述蓝宝石图形的表面进行清洗。
10.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，减薄抛光处理之前的所述蓝宝石图形的高度H0与减薄抛光处理之后的所述蓝宝石图形的高度H1满足：0＜H1≤H0。
11.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，减薄抛光处理之前的所述蓝宝石图形为锥状图形或台状图形或柱状图形，减薄抛光处理之后的所述蓝宝石图形为台状图形或柱状图形。
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