CN114267761A - 一种用于led生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于LED生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法。该复合图形化衬底包括蓝宝石衬底以及位于蓝宝石衬底的一侧表面的多个不对称凸起结构，不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面不垂直，不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层，蓝宝石层位于蓝宝石衬底的表面一侧，异质层位于蓝宝石层背离蓝宝石衬底的一侧。本实施例的技术方案，通过在蓝宝石衬底的c面上形成多个呈周期排布的不对称凸起结构，当光线在碰到不对称凸起结构的具有倾斜角度的侧边时，使得光线发生更多的反射，增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率，最终改善GaN基LED的能量利用率。

Description

一种用于LED生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法

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生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法。

背景技术

相比于传统的白炽灯与荧光灯，氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)作为一种新型的固态光源，具有低功耗、长寿命、高发光效率等优点，在显示、照明领域发挥着越来越大的作用。进一步提高GaN基LED的发光效率(即外量子效率)是行业发展的客规需求。

目前的用于提高GaN基LED的光提取效率的方式有：图形化蓝宝石衬底结合GaN表面对称微纳结构，该类对称图形结构不利于器件内的横向光提取。针对对称图形结构，现有的提出的图形化蓝宝石衬底结合不对称钝角表面微纳结构，通常采用各向异性湿法刻蚀工艺制备，利用各向异性湿法刻蚀工艺存在以下缺陷：对衬底要求较高；制备工艺步骤繁琐复杂，环保负担大；制备工艺及最终微结构的重复性及可控性差；无法制备出不带有耐酸材料层的复合材料图形衬底。

发明内容

本发明提供一种用于LED生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法，以实现增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于LED生长的复合图形化衬底，包括蓝宝石衬底以及位于所述蓝宝石衬底的一侧表面的多个不对称凸起结构；所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与所述蓝宝石衬底表面不垂直；

所述不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层；所述蓝宝石层位于所述蓝宝石衬底的表面一侧，所述异质层位于所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底的一侧。

可选地，所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底一侧的高度为第一高度H1，所述异质层背离所述蓝宝石层的高度为第二高度H2，所述H1与H2满足：

H1/(H1+H2)＝10％～30％。

可选地，沿所述不对称凸起结构作剖面形成剖面图形，所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线位于所述剖面内，且所述剖面与所述蓝宝石衬底表面垂直；所述剖面图形的第一侧边为L1，第二侧边为L2，所述L1和L2满足：

(L1-L2)/L1＝15％～45％。

可选地，所述不对称凸起结构的形状包括圆锥体、圆台体、棱锥体、棱台体以及具有侧壁弧度的类圆锥体、类圆台体、类棱锥体或类棱台体中的至少一种。

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。

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，包括如上述第一方面所述的复合图形化衬底，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生长的复合图形化衬底的制备方法，包括：

提供一蓝宝石平片衬底；

在所述蓝宝石平片衬底一侧表面沉积一层异质层；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层；

以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与所述蓝宝石衬底表面不垂直；

所述不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层；所述蓝宝石层位于所述蓝宝石衬底的表面一侧，所述异质层位于所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底的一侧。

可选地，以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，包括：

构建一综合电场，所述综合电场包括鞘层电场和横向电场；

将表面沉积有所述异质层的所述蓝宝石平片衬底置于所述综合电场内进行等离子体刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构。

可选地，所述光刻胶图形层包括多个垂直光刻胶柱；所述垂直光刻胶柱的侧壁与所述蓝宝石衬底的表面垂直；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

沿垂直于所述蓝宝石平片衬底的表面的方向对所述光刻胶层进行垂直掩膜曝光，形成多个所述垂直光刻胶柱。

可选地，所述光刻胶图形层包括多个第一不对称光刻胶柱，所述第一不对称光刻胶柱的顶部中心点与底部中心点的连线与所述蓝宝石平片衬底的表面不垂直；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶层；

沿与所述蓝宝石平片衬底的表面呈第一预设夹角的角度，对所述光刻胶层进行倾斜掩膜曝光，形成多个所述第一不对称光刻胶柱。

可选地，所述第一预设角度大于10°。

可选地，所述光刻胶图形层包括多个第二不对称光刻胶柱，所述第二不对称光刻胶柱的侧壁与所述蓝宝石平片衬底的表面垂直，且所述第二不对称光刻胶柱与所述蓝宝石平片衬底的表面相平行的剖面图形为非中心对称图形；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶层；

沿垂直于所述蓝宝石平片衬底表面的方向对所述光刻胶层进行垂直掩膜曝光，形成多个所述第二不对称光刻胶柱。

可选地，以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成多个不对称凸起结构，包括：

在垂直被刻蚀面的电场下对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行等离子体刻蚀，形成多个不对称凸起结构。

本发明实施例提供了一种用于LED生长的复合图形化衬底、外延片和制备方法。其中，用于LED生长的复合图形化衬底包括：蓝宝石衬底以及位于蓝宝石衬底的一侧表面的多个不对称凸起结构，不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面不垂直，不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层，蓝宝石层位于蓝宝石衬底的表面一侧，异质层位于蓝宝石层背离蓝宝石衬底的一侧，通过在蓝宝石衬底的c面上形成多个呈周期排布的不对称凸起结构，当光线在碰到不对称凸起结构的具有倾斜角度的侧边时，使得光线发生更多的反射，增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率，最终改善GaN基LED的能量利用率。

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生长的复合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用于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生长的复合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生长的复合图形化衬底的工艺制备方法中的结构流程图；

图5为本发明实施例提供的一种复合图形化衬底置于综合电场时的硬件结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的一种以第二不对称光刻胶柱的剖面示意图；

图9为本发明实施例提供的一种以第二不对称光刻胶柱为掩膜体刻蚀后得到的不对称凸起结构的剖面示意图。

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生长的复合图形化衬底的结构示意图。如图1所述，该复合图形化衬底100包括蓝宝石衬底10以及位于蓝宝石衬底10的一侧表面的多个不对称凸起结构20，不对称凸起结构20的顶部中心点和底部中心点的连接线Aa与蓝宝石衬底10表面不垂直，不对称凸起结构20包括蓝宝石层21和异质层22，蓝宝石层21位于蓝宝石衬底10的表面一侧，异质层22位于蓝宝石层21背离蓝宝石衬底10的一侧。

在本实施例中，该用于LED生长的复合图形化衬底100可以包括红光、绿光、蓝光或紫外光图形化衬底。

GaN基LED作为一种新型的固态光源，其具备低功耗、长寿命、高发光效率等优点，为了进一步改善GaN基LED的能量利用率，首先需要提高GaN基LED的内量子效率和光提取效率。其中，内量子效率主要是由晶体质量和有源层的电子能带工程决定，可以通过改善外延生长技术提高GaN材料晶体生长质量，降低缺陷密度，从而提高载流子的复合效率来达到提高内量子效率的目的，在提高内量子效率的基础上，进一步提高GaN基LED的光提取效率是进一步改善GaN基LED的能量利用率的关键。

现有技术中，通常通过以下两种方式提高GaN基LED的光提取效率：1)图形化蓝宝石衬底结合GaN表面微纳结构，即，通过干法等离子刻蚀或高温湿刻蚀工艺在蓝宝石表面形成图形，利用图形化蓝宝石衬底有利于减少GaN和蓝宝石之间的晶格失配，提高生长GaN的质量，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在GaN基LED的表面形成微纳结构，从而破坏全内反射诱导的波导效应、并使光从高折射率材料层逃逸出来，进一步增强光的多次反射折射产生的随机化效应，最终提高光提取效率，上述提高光提取效率的方法是基于对称图形结构，该类对称图形结构不利于器件内的横向光提取；2)图形化蓝宝石衬底结合不对称钝角表面微纳结构，利用该结构能够促进光与表面进行更多的交互作用，减少光吸收，同时当光线碰到不对称金字塔结构的两个不同倾斜角时，光反射具备更大的随机性，增强光反射。现有技术中，通常通过各向异性湿法刻蚀工艺制备得到不对称钝角表面微纳结构，其具体的工艺步骤大概设置为：先提供一种离轴蓝宝石晶片，c轴与晶圆法线方向的离轴角为45°，紧接着在蓝宝石晶片表面镀一层二氧化硅，再进行光刻，形成湿法刻蚀掩膜，通过湿法刻蚀工艺形成不对称微结构，接下来用氢氟酸清洗去除二氧化硅。上述关于各向异性湿法刻蚀工艺存在以下缺陷：对衬底要求较高；制备工艺步骤繁琐复杂，环保负担大；制备工艺及最终微结构的重复性及可控性差；无法制备出不带有耐酸材料层的复合材料图形衬底。

针对上述内容，本实施例提供了一种用于LED生长的复合图形化衬底。参照图1，该复合图形化衬底100包括蓝宝石衬底10以及位于蓝宝石衬底10一侧表面的多个不对称凸起结构20，其中，通过适当调整刻蚀条件，可以对不对称凸起结构20的高度、底宽等尺寸形状以及排列进行控制。在本实施例中，多个不对称凸起结构20在蓝宝石衬底10的c面周期排布，c面被该类周期排布的不对称凸起结构20占据之外，仍保留由未被占据的平整的c面，这为GaN成核、外延层生长提供有利条件。

其中，位于蓝宝石衬底10的c面上的不对称凸起结构20由两部分组成，靠近蓝宝石衬底10的c面一侧的为蓝宝石层21，位于蓝宝石层21背离蓝宝石衬底10的c面一侧的为异质层22。需要说明的是，异质层22具有耐高温和不吸收光的特性，因此，将异质层22设置在不对称凸起结构20的上部分。

本实施例中的位于蓝宝石衬底10的c面的不对称凸起结构20因其不对称的特点，使得该不对称凸起结构20的表面积尽可能变大，同样能够促进光与表面进行更多的交互作用，减少光吸收，同时当光线碰到不对称凸起结构20的两个具有倾斜角度的侧边时，同样会改变界面的斜率，使得光反射具备更大的随机性，增加出光几率，进而提高光提取效率。

本发明实施例提供的一种用于LED生长的复合图形化衬底，该衬底包括：蓝宝石衬底以及位于蓝宝石衬底的一侧表面的多个不对称凸起结构，不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面不垂直，不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层，蓝宝石层位于蓝宝石衬底的表面一侧，异质层位于蓝宝石层背离蓝宝石衬底的一侧，通过在蓝宝石衬底的c面上形成多个呈周期排布的不对称凸起结构，当光线在碰到不对称凸起结构的具有倾斜角度的侧边时，使得光线发生更多的反射，增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率，最终改善GaN基LED的能量利用率。

可选地，继续参照图1，蓝宝石层21背离蓝宝石衬底10一侧的高度为第一高度H1，异质层22背离蓝宝石层21的高度为第二高度H2，H1与H2满足：H1/(H1+H2)＝10％～30％。

如上所述，为了进一步改善GaN基LED的能量利用率，首先需要提高GaN基LED的内量子效率和光提取效率。其中，内量子效率主要是由晶体质量和有源层的电子能带工程决定，可以通过改善外延生长技术提高GaN材料晶体生长质量，降低缺陷密度。在本实施例中，在蓝宝石衬底10的c面形成多个不对称凸起结构20后，位于不对称凸起结构20的蓝宝石层21的厚度H1和异质层22的厚度H2满足上述条件时，GaN材料晶体生长质量最佳。

可选地，继续参照图1，沿不对称凸起结构20作剖面形成剖面图形，不对称凸起结构20的顶部中心点和底部中心点的连接线Aa位于剖面内，且剖面与蓝宝石衬底表面垂直，所剖面图形的第一侧边为L1，第二侧边为L2，L1和L2满足：(L1-L2)/L1＝15％～45％。

在图1中，不对称凸起结构20的顶部中心点和底部中心点的连接线Aa与蓝宝石衬底10表面不垂直，在蓝宝石衬底10的c面上形成周期排布的多个不对称凸起结构20时，由于c面是平整的，沿不对称凸起结构20剖面形成剖面图形后，该剖面是与蓝宝石衬底10的c面保持垂直状态。当不对称凸起结构20的剖面图形的第一侧边L1和第二侧边L2满足上述条件时，形成的不对称凸起结构20为两侧边具有倾斜角度的形状，相较于两侧边的长度相同且不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面垂直的对称凸起结构，本实施例中的不对称凸起结构20在光线入射时，会使得光线发生更多的反射，增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率。

可选地，不对称凸起结构20的形状包括圆锥体、圆台体、棱锥体、棱台体以及具有侧壁弧度的类圆锥体、类圆台体、类棱锥体或类棱台体中的至少一种。

在本实施例中，是以侧壁具有弧度的类圆锥体为例进行说明。需要说明的是，当不对称凸起结构20侧壁具有弧度时，需满足上述实施例中所述的该结构的剖面图形的第一侧边L1和第二侧边L2满足：(L1-L2)/L1＝15％～45％。

另外需要说明的是，在本实施例及其他一些实施例中，通过适当设计不同形状的光刻工艺的图形掩膜，并且结合适当调整刻蚀条件，可以形成不同形状的不对称凸起结构20，其关于图形掩膜的设计过程及刻蚀条件的调整，此处不做详细说明。

可选地，异质层22的材料包括氧化物、氮化物、碳化物、单质中的至少一种。

如上所述的复合图形化衬底中，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。

图2为本发明实施例提供的一种用于LED生长的外延片的结构示意图。如图2所述，该外延片包括上述任一实施例中的复合图形化衬底100，还包括位于复合图形化衬底100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，当本发明实施例提供的复合图形化衬底是紫外光复合图形化衬底100时，对应的LED外延片上的外延层200可以为AlN或AlGaN外延层，在其他一些实施例中，当复合图形化衬底100基于蓝光LED时，对应的LED外延片上外延层200为可以为GaN或InGaN外延层。

并且由于本实施例提供的外延片包括上述实施例提供的用于LED生长的复合图形化衬底100，因而具备与该复合图形化衬底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生长的复合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生长的复合图形化衬底的工艺制备方法中的结构流程图。参考图3和图4，对本发明实施例提供的用于LED生长的复合图形化衬底的制备方法进行介绍。

如图3所示，该制备方法具体包括如下步骤：

S310、提供一蓝宝石平片衬底。

参照图4中的a)图。

S320、在蓝宝石平片衬底一侧表面沉积一层异质层。

参照图4中的b)图。该步骤实质是沉积异质材料形成异质层22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。

在本实施例中，对异质层22的厚度不做限定。

S330、在异质层背离蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层。

参照图4中的c)图。示例性地，在本实施例中，可以采用旋涂或喷涂工艺，在异质层22背离蓝宝石平片衬底11表面一侧形成光刻胶图形层31，该光刻胶图形层31可以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。另外，在其他一些实施例中，本领域技术人员还可以采用其他工艺形成光刻胶图形层31，此处不再赘述。

S340、以光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面不垂直，不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层，蓝宝石层位于蓝宝石衬底的表面一侧，异质层位于蓝宝石层背离蓝宝石衬底的一侧。

参照图4中的d)图。采用光刻技术对光刻胶图形层31进行曝光、显影以形成掩膜体，得到光刻胶柱32。紧接着，参照图4中的e)图，采用干法刻蚀对异质层22和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，在刻蚀过程中，其具体的刻蚀参数通常包括刻蚀流量、刻蚀时间等，本实施例中对此不作限定。待刻蚀完成后，光刻胶掩膜体可以完全去除，在对异质层22刻蚀后形成不对称凸起结构20中的异质层22部分，对蓝宝石平片衬底刻蚀后，有一部分被刻蚀形成不对称凸起结构20中的蓝宝石层21部分，另一部分未被刻蚀的形成蓝宝石衬底10。蓝宝石层21位于蓝宝石衬底10的表面一侧，异质层22位于蓝宝石层21背离蓝宝石衬底10的一侧。

需要说明的是，每个不对称凸起结构20与光刻胶柱32一一对应。而且，光刻胶柱32的尺寸和排列位置奠定了每个不对称凸起结构20的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32的图案即可实现对每个不对称凸起结构20的形状的调节。此外需要说明的是，不对称凸起结构20的形状除与光刻胶柱32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。

本实施例提供的一种用于LED生长的复合图形化衬底的制备方法，首先提供一蓝宝石平片衬底，再在蓝宝石平片衬底一侧表面沉积一层异质层，接着在异质层背离蓝宝石衬底表面一侧形成光刻胶图形层，最后以光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对异质层和蓝宝石衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，形成的不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与蓝宝石衬底表面不垂直，不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层，蓝宝石层位于蓝宝石衬底的表面一侧，异质层位于蓝宝石层背离蓝宝石衬底的一侧，以该制备方法制得的在蓝宝石衬底c面上形成有多个不对称凸起结构的复合图形化衬底，在当光线碰到不对称凸起结构的具有倾斜角度的侧边时，使得光线发生更多的反射，增强光的多次反射折射产生的随机化效应，增加出光几率，进而提高光提取效率，另外，该制备方法较简单，通过等离子刻蚀制得的不对称凸起结构可控性较高，制备工艺相对环保。

可选地，在上述实施例的基础上，步骤S340具体可以细化为如下步骤：

S341、构建一综合电场，所述综合电场包括鞘层电场和横向电场。

本实施例中，综合电场包括鞘层电场和横向电场构成，本实施例中利用干法刻蚀对异质层和蓝宝石衬底进行刻蚀是由鞘层电场提供的能量。

图5为本发明实施例提供的一种复合图形化衬底置于综合电场时的硬件结构示意图。如图5所示，将上述实施例中以光刻胶图形层作为掩膜后的复合图形化衬底结构置于综合电场时，综合电场中的硬件结构50包括托盘51、压环52、平行电极板负极53、横向电场54、等离子体55、鞘层电场56、平行电极板正极57以及盖板58。

S342、将表面沉积有异质层的所述蓝宝石平片衬底置于所述综合电场内进行等离子体刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构。

参照图5，鞘层电场其方向始终垂直被刻蚀面且指向被刻蚀面，若想要获得不对称图形，需要等离子体刻蚀时有倾角，为了达到这一目的需在被刻蚀表面上方施加一个横向的电场，在达到倾斜刻蚀的形成不对称图形的目的，在达到此前提的基础上施加的横向电场必须均匀且稳定，这样等离子体倾斜刻蚀的倾角的角度和方向保持一致这样才能保证不对称图形的一致性，其中，横向电场由与托盘盖板电隔离且互相平行的平行电极板负极、平行电极板正极提供，因鞘层厚度较薄为毫米级因此，电极厚度与鞘层厚度同量级，在平行的两个电极板上施加一个稳定的直流偏压，为横向电场提供能量，使等离子体经由鞘层电压向下加速的同时受横向电场的影响刻蚀方向发生定向偏转，从而达到刻蚀形成不对称图形的目的。

需要说明的是，在刻蚀结束后得到的不对称凸起结构的剖面的侧边的倾斜程度可根据鞘层电场提供的能量和横向电场施加的电场力做相应调整。

可选地，参照图4中的d)图，光刻胶图形层31包括多个垂直光刻胶柱32，垂直光刻胶柱32的侧壁与蓝宝石衬底11的表面垂直。在上述实施例的基础上，步骤S330具体可以设置为：沿垂直于蓝宝石衬底11的表面的方向对光刻胶层30进行垂直掩膜曝光，形成多个垂直光刻胶柱。

如上所述，每个不对称凸起结构20与光刻胶柱32一一对应，而且，光刻胶柱32的尺寸和排列位置奠定了每个不对称凸起结构的尺寸和排列位置的基础。

具体地，在异质层22背离蓝宝石平片衬底11表面一侧形成光刻胶图形层31后，参照图4中的d)图，利用光刻技术沿垂直于蓝宝石衬底的表面的方向对光刻胶图形层31进行垂直掩膜曝光、显影以形成多个垂直光刻胶柱32。

紧接着，参照图4中的e)图，采用干法刻蚀进行刻蚀，在刻蚀结束后，光刻胶掩膜体可以完全被刻蚀去除，得到具有周期排列的不对称凸起结构20。

图6为本发明实施例提供的另一种用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法的流程示意图。其中，光刻胶图形层31包括多个第一不对称光刻胶柱321，第一不对称光刻胶柱321的顶部中心点与底部中心点的连线与蓝宝石平片衬底11的表面不垂直。

在本实施例中，用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法具体做如下说明：

参照图6中的a)图，提供一蓝宝石平片衬底11。

参照图6中的b)图，在蓝宝石平片衬底11一侧表面沉积一层异质层22。

在上述实施例的基础上，步骤S330具体可以细化为如下步骤：

参照图6中的c)图，在异质层22背离蓝宝石平片衬底11表面一侧形成光刻胶层30。

参照图6中的d)图，沿与蓝宝石衬底平片的表面呈第一预设夹角的角度，对光刻胶层30进行倾斜掩膜曝光，形成多个第一不对称光刻胶柱321。

具体地，在光刻过程中通过调整曝光光路，使曝光光束按第一预设角度到达光刻胶层30，显影后得到顶部中心点与底部中心点的连线与蓝宝石平片衬底的表面不垂直的第一不对称光刻胶柱321，该第一不对称光刻胶柱321为后续刻蚀过程中垂直等离子轰击提供掩膜。以第一不对称光刻胶柱321为掩膜体，参照图6中的e)图，利用干法刻蚀工艺进行刻蚀，待刻蚀完成后，光刻胶掩膜体可以完全去除，在对异质层22刻蚀后形成不对称凸起结构20中的异质层22部分，对蓝宝石平片衬底刻蚀后，有一部分被刻蚀形成不对称凸起结构20中的蓝宝石层21部分，另一部分未被刻蚀的形成蓝宝石衬底10。

可选地，第一预设角度大于10°。

图7为本发明实施例提供的另一种用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法的流程示意图。其中，光刻胶图形层31包括多个第二不对称光刻胶柱322，第二不对称光刻胶柱322的侧壁与所述蓝宝石平片衬底11的表面垂直，且第二不对称光刻胶柱322与蓝宝石平片衬底11的表面相平行的剖面图形为非中心对称图形。

在本实施例中，用于LED生长的复合图形化衬底的工艺制备方法具体做如下说明：

参照图7中的a)图，提供一蓝宝石平片衬底11。

参照图7中的b)图，在蓝宝石平片衬底11一侧表面沉积一层异质层22。

在上述实施例的基础上，步骤S330具体可以细化为如下步骤：

参照图7中的c)图，在异质层22背离蓝宝石平片衬底11表面一侧形成光刻胶层30。

参照图7中的d)图，沿垂直于蓝宝石平片衬底11表面的方向对光刻胶层30进行垂直掩膜曝光，形成多个第二不对称光刻胶柱322。

与上述实施例类似，该步骤实质是通过以第二不对称光刻胶柱322为掩膜体，在干法刻蚀后得到不对称凸起结构20的过程。

具体地，在光刻过程中，沿垂直于蓝宝石平片衬底11表面的方向对光刻胶层30进行垂直掩膜曝光，形成多个第二不对称光刻胶柱322，该第二不对称光刻胶柱322为后续刻蚀过程中垂直等离子轰击提供掩膜。以第二不对称光刻胶柱322为掩膜体，参照图7中的e)图，利用干法刻蚀工艺进行刻蚀，待刻蚀完成后，光刻胶掩膜体可以完全去除，在对异质层22刻蚀后形成不对称凸起结构20中的异质层22部分，对蓝宝石平片衬底刻蚀后，有一部分被刻蚀形成不对称凸起结构20中的蓝宝石层21部分，另一部分未被刻蚀的形成蓝宝石衬底10。

与上述实施例中不同的是，在本实施例中，先通过设计二维平面上，且带有几何中心非对称的光刻掩膜板，在采用垂直曝光模式进行曝光，显影获得侧壁垂直于蓝宝石衬底的表面但几何中心不对称的第二不对称光刻胶柱322。图8为本发明实施例提供的一种以第二不对称光刻胶柱的剖面示意图。如图8所示，该第二不对称光刻胶柱322垂直于蓝宝石衬底(图中未示出)，且该第二不对称光刻胶柱322的几何中心不对称。图9为本发明实施例提供的一种以第二不对称光刻胶柱为掩膜体刻蚀后得到的不对称凸起结构的剖面示意图。如图9所示，该不对称凸起结构20的顶部中心点和底部中心点的连接线Aa位于剖面内，不对称凸起结构20的顶部中心点和底部中心点的连接线Aa与蓝宝石衬底10表面不垂直，剖面与蓝宝石衬底10表面垂直。

需要说明的是，光刻掩膜板上设计带有几何中心非对称的图形是本领域技术人员所熟知的内容，此处不做详细说明。

另外，光刻掩膜板上的几何中心非对称的图形可以是棱线，也可以是弧线构成。

可选地，在上述实施例的基础上，步骤S340具体可以设置为如下步骤：在垂直被刻蚀面的电场下对异质层和蓝宝石平片衬底进行等离子体刻蚀，形成蓝宝石衬底以及蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构。

结合上述实施例中形成第一不对称光刻胶或第二不对称光刻胶柱之后，采用干法刻蚀对异质层和蓝宝石衬底进行刻蚀，具体地，在垂直等离子体轰击环境下刻蚀，并且在刻蚀结束后，不对称光刻胶柱可以完全被刻蚀去除，得到具有周期排列的不对称凸起结构。

需要说明的是，在本实施例中，刻蚀过程中具体的刻蚀参数通常包括刻蚀流量、刻蚀时间等，本实施例中对此不作限定。

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 (13)

1.一种用于LED生长的复合图形化衬底，其特征在于，包括蓝宝石衬底以及位于所述蓝宝石衬底的一侧表面的多个不对称凸起结构；所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与所述蓝宝石衬底表面不垂直；

所述不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层；所述蓝宝石层位于所述蓝宝石衬底的表面一侧，所述异质层位于所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底的一侧。

2.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底一侧的高度为第一高度H1，所述异质层背离所述蓝宝石层的高度为第二高度H2，所述H1与H2满足：

H1/(H1+H2)＝10％～30％。

3.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，沿所述不对称凸起结构作剖面形成剖面图形，所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线位于所述剖面内，且所述剖面与所述蓝宝石衬底表面垂直；所述剖面图形的第一侧边为L1，第二侧边为L2，所述L1和L2满足：

(L1-L2)/L1＝15％～45％。

4.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，其特征在于，所述不对称凸起结构的形状包括圆锥体、圆台体、棱锥体、棱台体以及具有侧壁弧度的类圆锥体、类圆台体、类棱锥体或类棱台体中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的复合图形化衬底，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。

6.一种用于LED生长的外延片，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的复合图形化衬底，还包括位于所述图形化衬底上的外延层。

7.一种用于LED生长的复合图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括：

提供一蓝宝石平片衬底；

在所述蓝宝石平片衬底一侧表面沉积一层异质层；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层；

以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，所述不对称凸起结构的顶部中心点和底部中心点的连接线与所述蓝宝石衬底表面不垂直；

所述不对称凸起结构包括蓝宝石层和异质层；所述蓝宝石层位于所述蓝宝石衬底的表面一侧，所述异质层位于所述蓝宝石层背离所述蓝宝石衬底的一侧。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构，包括：

构建一综合电场，所述综合电场包括鞘层电场和横向电场；

将表面沉积有所述异质层的所述蓝宝石平片衬底置于所述综合电场内进行等离子体刻蚀，形成蓝宝石衬底以及所述蓝宝石衬底一侧表面的多个不对称凸起结构。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶图形层包括多个垂直光刻胶柱；所述垂直光刻胶柱的侧壁与所述蓝宝石衬底的表面垂直；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

沿垂直于所述蓝宝石平片衬底的表面的方向对所述光刻胶层进行垂直掩膜曝光，形成多个所述垂直光刻胶柱。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶图形层包括多个第一不对称光刻胶柱，所述第一不对称光刻胶柱的顶部中心点与底部中心点的连线与所述蓝宝石平片衬底的表面不垂直；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶层；

沿与所述蓝宝石平片衬底的表面呈第一预设夹角的角度，对所述光刻胶层进行倾斜掩膜曝光，形成多个所述第一不对称光刻胶柱。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设角度大于10°。

12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶图形层包括多个第二不对称光刻胶柱，所述第二不对称光刻胶柱的侧壁与所述蓝宝石平片衬底的表面垂直，且所述第二不对称光刻胶柱与所述蓝宝石平片衬底的表面相平行的剖面图形为非中心对称图形；

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶图形层，包括：

在所述异质层背离所述蓝宝石平片衬底表面一侧形成光刻胶层；

沿垂直于所述蓝宝石平片衬底表面的方向对所述光刻胶层进行垂直掩膜曝光，形成多个所述第二不对称光刻胶柱。

13.根据权利要求10或12所述的制备方法，其特征在于，以所述光刻胶图形层作为掩膜，利用干法刻蚀对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行刻蚀，形成多个不对称凸起结构，包括：

在垂直被刻蚀面的电场下对所述异质层和蓝宝石平片衬底进行等离子体刻蚀，形成多个不对称凸起结构。

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