CN217719634U

CN217719634U - 一种图形化衬底及其外延结构

Info

Publication number: CN217719634U
Application number: CN202221350105.6U
Authority: CN
Inventors: 付星星; 孙帅; 芦玲
Original assignee: Huaian Aucksun Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Huaian Aucksun Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2022-06-01
Filing date: 2022-06-01
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2032-06-01

Abstract

本实用新型涉及半导体领域，公开了一种具有微纳结构的图形化衬底及其外延结构，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构（101）的衬底本体（1），相邻所述凸起结构（101）之间具有隔离沟槽（103），在所述凸起结构（101）的整个表面均分布有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构（102）。本衬底中的这种微纳结构相当于增加了凸起结构的密度，增大了其反射表面积，提高了LED器件的出光效率；增大衬底C面的图案化占比改善了侧向外延效果，有利于提升LED器件的内量子效率。

Description

一种图形化衬底及其外延结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种图形化衬底及其外延结构。

背景技术

半导体发光二极管(light-emission diodes，LEDS)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，蓝、绿光GaN基LED芯片在显示、照明领域发展迅速；国内LED照明已经取代普通照明约30％份额，为继续提高LED在照明市场普及率，需要继续提升LED在光亮度、光品质方面的性能。目前主流蓝绿GaN基LED外延片95％以上都是使用蓝宝石基板做衬底材料，蓝宝石衬底因硬度大、透光率高、工艺成熟等特点，在今后主流LED市场仍将会是最主要的衬底材料。目前采用的蓝宝石衬底基本上都是进行了图形化( Patterned SapphireSubstrates，PSS)加工后再用于LED外延生长。因为在PSS衬底上生长氮化镓外延层可以减少外延缺陷，提高外延层晶体质量以提高LED电学特性；另外，蓝宝石的折射率为1.8，氮化镓的折射率为2.5，由于折射率的差异，当光从氮化镓外延层进入蓝宝石图形衬底时，会形成全反射，从而改善GaN基发光二极管出光率。基于PSS衬底的外延材料制成的LED器件参数表明，其20A/cm2电流密度下相同尺寸芯片的光功率相比蓝宝石平片衬底制作的器件光功率增加约30％，因此采用PSS衬底是提高氮化镓基发光二极管出光效率的一种有效方法。

现有技术中PSS衬底普遍为金字塔形状的立体图案，如图1，这种具有金字塔形状立体图案的PSS衬底主要是依靠金字塔的锥形表面对LED的出光反射，想要更多的对LED的出光进行反射，就需要尽可能的在衬底上将这种金字塔形状的立体图案做的更密集，但是由于蓝宝石衬底（Al₂O₃）较硬，刻蚀较困难，图案分布较密集时很难控制刻蚀深度和精度。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种图形化衬底及其外延结构，本衬底中的凸起结构的整个表面均具有与凸起结构一体结构且材质相同的纳米级微结构，这种纳米级微结构相当于增加了凸起结构的密度，增大了其反射表面积，提高了LED器件的出光效率；增大了衬底C面图案化占比从而改善了侧向外延效果，有利于提升LED器件的内量子效率。

技术方案：本实用新型提供了一种具有微纳结构的图形化衬底，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构的衬底本体，相邻所述凸起结构之间具有隔离沟槽，在所述凸起结构的整个表面均分布有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构。

优选地，所述纳米级微结构的粒径范围为10~500 nm，高度范围为5~1000 nm，间距范围为0~100 nm。

优选地，所述凸起结构为圆锥体、金字塔状或导弹状结构。

优选地，所述凸起结构的周期P范围为1000 nm~ 5000 nm。

优选地，所述凸起结构的底径d为800 nm~ 4900 nm，高度h为500 nm~3000 nm。

本实用新型还提供了一种具有微纳结构的LED外延结构，包括所述的图形化衬底。

进一步地，所述的具有微纳结构的LED外延结构，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层、发光层和P型层。

有益效果：本申请中具有微纳结构的图形化衬底中，凸起结构的整个表面均具有纳米级微结构，这种纳米级微结构相当于增加了凸起结构的密度，增大了其反射表面积，提高了衬底的出光效率；增大衬底C面的图案化占比有利于提升侧向外延效果（衬底上没有凸起结构时，是个平面，这个平面就是C面，C面图案化就是在C面上做图案，做了图案后C面面积减小，衬底晶体质量变好，则能够提升侧向外延效果），改善LED器件的内量子效率。

附图说明

图1为现有技术中具有金字塔形状立体图案的蓝宝石衬底的侧视剖视图；

图2为实施方式1中具有微纳结构的图形化衬底的结构示意图；

图3为具有微纳结构的图形化衬底的扫描电子显微镜图片，其中上方为具有多个凸起结构的图片，下方为其中一个凸起结构的放大图片；

图4为包含具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。

本实用新型提供了一种具有微纳结构的图形化衬底，如图2所示，包括表面具有微米级周期性排布的圆锥体结构凸起结构101的蓝宝石衬底本体1，凸起结构101的与衬底本体1一体结构且同种材质，相邻凸起结构101之间具有隔离沟槽103。凸起结构101的周期P为2000nm，底径d为2000 nm，高度h为1500 nm。在凸起结构101的整个表面均分布有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构102，纳米级微结构102的粒径范围为10~500 nm、高度范围为5~1000 nm、间距范围为0~100 nm。如图3为其制备出的上述图形化衬底的扫描电子显微镜图片。纳米级微结构102相当于增加了凸起结构101的密度，增大了衬底的反射表面积，提高了LED器件的出光效率。

图4所示为LED外延结构，包括上述具有纳米级微结构102的图形化衬底，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层2、发光层3和P型层4。具有上述图形化衬底的LED外延结构，由于衬底C面图案化改善了侧向外延效果，有利于提升LED器件的内量子效率。

上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，包括表面具有微米级周期性排布的凸起结构（101）的衬底本体（1），相邻所述凸起结构（101）之间具有隔离沟槽（103），在所述凸起结构（101）的整个表面均分布有与其一体结构且材质相同的纳米级微结构（102）。

2. 根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述纳米级微结构（102）的粒径范围为10~500 nm，高度范围为5~1000 nm，间距范围为0~100 nm。

3.根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）为圆锥体、金字塔状或导弹状结构。

4. 根据权利要求1所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）的周期P范围为1000 nm~ 5000 nm。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的具有微纳结构的图形化衬底，其特征在于，所述凸起结构（101）的底径d为800 nm~ 4900 nm，高度h为500 nm~3000 nm。

6.一种具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的图形化衬底。

7.根据权利要求6所述的具有微纳结构的图形化衬底的LED外延结构，其特征在于，还包括依次设置于该图形化衬底上的N型层（2）、发光层（3）和P型层（4）。