CN214705900U - 一种复合衬底 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复合衬底，包括衬底基板，所述衬底基板上交错分布有凹槽，凹槽中填充异质材料填充层，异质材料填充层上表面低于衬底基板上表面；衬底基板和异质材料填充层的折射率相异且异质材料填充层的折射率由底至上单调增减。本实用新型能够提高外延层的晶体质量，降低位错；同时还可以改善衬底基板和外延层界面之间的折射率差，增加光出射的几率，保证光的提取效率，从而提升亮度。

Description

一种复合衬底

技术领域

本实用新型涉及一种复合衬底，属于半导体器件领域。

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第三代半导体材料，由于其能带宽度可在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(LED)、激光器、电子功率器件等光电器件的优选材料。但是，由于GaN和AlN单晶材料制备非常困难，鉴于蓝宝石衬底的优异性能和技术成熟度，目前通常都是选择蓝宝石衬底。然而，蓝宝石与GaN材料的晶格常数相差约15％，与AlN材料晶格常数相差约为13.3％，导致在蓝宝石衬底上生产的氮化物材料晶体质量差，从而影响器件的使用寿命和发光效率。图形化蓝宝石衬底(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。相对采用平片蓝宝石衬底制作的LED芯片，PSS对应的LED芯片亮度提升30％左右。PSS已经成为LED产业的主流衬底材料。

虽然PSS能够提高出光和改善外延层晶格质量，然而由于蓝宝石材料的化学键能大、性能稳定的特点，导致PSS制备困难、成本高。同时，光从有源区进入蓝宝石衬底时，光线在蓝宝石衬底和外延层的界面会发生反射和折射，对于正置或倒置的LED芯片，其光线的出射效率均较低，不利于提升发光二极管的光提取效率。

为了提高出光率以及提升外延层晶体质量，大量的研究人员积极的开发如SiC、ZnO等衬底。然而，由于目前的技术不成熟以及上述衬底自身存在的一些问题，目前的进展仍然比较缓慢。因此，如何在现有技术上，提升衬底的出光，成为了亟待解决的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种复合衬底，该复合衬底能提高外延层的晶体质量，降低位错，同时还可以改善衬底基板和外延层界面之间的折射率差，增加光出射的几率，保证光的提取效率，从而提升亮度。

本实用新型通过以下技术方案得以实现。

本实用新型提供的一种复合衬底，包括衬底基板，所述衬底基板上交错分布有凹槽，凹槽中填充异质材料填充层，异质材料填充层上表面低于衬底基板上表面；衬底基板和异质材料填充层的折射率相异且异质材料填充层的折射率由底至上单调增减。

所述凹槽为条状，以纵横垂直网格分布。

所述凹槽宽度为10～1000μm，深度为10～200μm。

有氮化物层覆盖在衬底基板和异质材料填充层上。

所述异质材料填充层包含至少两种折射率相异的材料。

所述氮化物层厚度为5～100nm。

衬底基板上覆盖的氮化物层和异质材料填充层上覆盖的氮化物层厚度相同。所述衬底基板为蓝宝石、碳化硅、氧化锌、玻璃、金属中的一种。

本实用新型的有益效果在于：能够提高外延层的晶体质量，降低位错；同时还可以改善衬底基板和外延层界面之间的折射率差，增加光出射的几率，保证光的提取效率，从而提升亮度。

附图说明

图1是本实用新型的截面结构示意图；

图2是图1的俯视图。

图中：101-衬底基板，102-异质材料填充层，103-氮化物层。

具体实施方式

下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。如图1、图2所示一种复合衬底，包括衬底基板101，衬底基板101上交错分布有凹槽，凹槽中填充异质材料填充层102，异质材料填充层102上表面低于衬底基板101上表面；衬底基板101和异质材料填充层102的折射率相异且异质材料填充层102的折射率由底至上单调增减。

通过调整折射率差，可以提高光线的出光效率，从而提升亮度。

凹槽为条状，以纵横垂直网格分布。

凹槽宽度为10～1000μm，深度为10～200μm。

有氮化物层103覆盖在衬底基板101和异质材料填充层102上。

异质材料填充层102包含至少两种折射率相异的材料。

异质材料填充层102上表面和衬底基板101上表面的高度差为5～200nm。

氮化物层103厚度为5～100nm。

衬底基板101上覆盖的氮化物层103和异质材料填充层102上覆盖的氮化物层103厚度相同

衬底基板101为蓝宝石、碳化硅、氧化锌、玻璃、金属中的一种。

异质材料填充层102中材料折射率小于4。

异质材料填充层102中的材料可选择氧化物、氮化物、氟化物、玻璃或单质等。

氮化物层103的生长设备选自金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)、分子束外延设备(MBE)或者氢化物气相外延设备(HVPE)中的一种，氮化物可以选自GaN、AlN、AlGaN中的一种或多种。

异质材料填充层上表面高度低于衬底基板的上表面高度并且生长氮化物薄膜，一方面减小后续外延层与衬底之间的晶格失配，减小位错；另一方面使后续生长外延层时，由于衬底表面不平整，相对粗糙，使后续外延层生长时三维生长时间延长，有利于形成位错环，从而使位错湮灭，提高外延层晶体质量。

实施例1

采用上述方案，异质材料填充层的折射率由底至上递减。

由此可以减小衬底基板和外延层界面的折射率差，光折射率提高，从而改善光线从衬底基板的透射，使得更多的光线由衬底基板透射出射。

实施例2

采用上述方案，异质材料填充层的折射率由底至上递增。

由此可以增加衬底基板和外延层界面的折射率差，使得由外延层入射至异质微结构处的光线由于界面折射率差较大，光反射率提高，从而可以改善外延层和衬底基板界面处的光反射，使得光线由衬底基板朝向外延层的方向向外出射。

Claims (7)

1.一种复合衬底，包括衬底基板（101），其特征在于：所述衬底基板（101）上交错分布有凹槽，凹槽中填充异质材料填充层（102），异质材料填充层（102）上表面低于衬底基板（101）上表面；衬底基板（101）和异质材料填充层（102）的折射率相异且异质材料填充层（102）的折射率由底至上单调增减。

2.如权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述凹槽为条状，以纵横垂直网格分布。

3.如权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述凹槽宽度为10~1000µm，深度为10~200µm。

4.如权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：有氮化物层（103）覆盖在衬底基板（101）和异质材料填充层（102）上。

5.如权利要求4所述的复合衬底，其特征在于：所述氮化物层（103）厚度为5~100nm。

6.如权利要求4所述的复合衬底，其特征在于：衬底基板（101）上覆盖的氮化物层（103）和异质材料填充层（102）上覆盖的氮化物层（103）厚度相同。

7.如权利要求1所述的复合衬底，其特征在于：所述衬底基板（101）为蓝宝石、碳化硅、氧化锌、玻璃、金属中的一种。

Images