[發明專利]一種氮化鎵基發光二極管外延襯底及其制備方法

無效

• 申請號: 200910126255.1
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101504964A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 江忠永;徐瑾;陳立人;李東升;田洪濤;楊輝;張向飛
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氮化鎵(GaN)基發光二極管(LED)及其制備方法，尤其涉及氮化鎵基發光二極管(LED)外延襯底及其制備方法。

背景技術

現在國際上普遍應用的氮化鎵基發光二極管主要是異質外延在平坦的襯底上，其中襯底可以為藍寶石、碳化硅或硅，這種結構主要缺點在于：1、由于沒有晶格匹配的襯底材料，氮化鎵基發光二極管都是異質外延生長在藍寶石、碳化硅或硅等襯底上，晶格常數的差異使外延材料存在著很多的位錯，這些缺陷限制了發光二極管的內量子效率；2、光從外延層進入襯底時，由于界面比較平坦，光的入射角比較小，且氮化鎵和襯底折射率相差不大，導致反射率低，大部分光會逸出到襯底，不能有效反射回外延層，大大降低了氮化鎵基發光二極管的出光效率，尤其是碳化硅為襯底的氮化鎵基藍綠光發光二極管的襯底的折射系數與氮化鎵相當，光從外延層逸出到襯底的幾率為100％。

為了提高氮化鎵基發光二極管的出光效率，已有多項研究工作圍繞圖形化襯底展開，主要是通過刻蝕藍寶石，制作圖形襯底。如公開號為1020080087406、1020060127623的韓國專利，在藍寶石襯底上制作半球形的掩膜，再刻蝕藍寶石得到半球形的圖案，上述方法雖然部分減少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺點：

1、由于藍寶石的折射率為1.8，同氮化鎵的折射率比較接近，當光從外延層進入圖形襯底時，反射率提高不明顯，對于GaN基發光二極管出光率的改善達不到預期效果。

2、由于藍寶石襯底比較堅硬，制作過程對設備和工藝要求很高，特別是藍寶石的干法刻蝕，需要氦氣冷卻系統、高密度的等離子體，普通的刻蝕設備，不能滿足要求，同樣濕法腐蝕需要在高溫下使用強酸，制作過程難控制，從而導致成品率低，增加了生產成本。

發明內容

本發明旨在解決現有技術的不足，提出一種可提高出光效率的氮化鎵基發光二極管外延襯底。

同時本發明還提供了氮化鎵基發光二極管外延襯底的制備方法。

氮化鎵基發光二極管外延襯底包括：襯底以及襯底上的圖形，所述圖形的材料為二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦中的一種。

其中，所述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。

其中，所述的圖形呈半圓形、圓錐形或圓臺形。

其中，所述的圖形下底的寬度為0.1um至10um，高度0.1um至3um，圖形之間的間距為0.1um至10um。

一種氮化鎵基發光二極管外延襯底的制備方法，步驟為：

(1)在襯底上沉積一層低折射率材料的薄膜；

(2)用光阻在所述的薄膜上制備掩模圖形；

(3)通過刻蝕，將光刻膠掩模的圖形轉移到所述的薄膜上；

(4)清洗襯底，去除殘留的光阻。

其中，所述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。

其中，所述的薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦等材料中的一種。

其中，所述的薄膜厚度為0.1um～3um之間。

其中，所述的薄膜折射率小于2.5。

其中，所述的圖形為近似的半球形，圓錐形或圓臺形。

其中，所述的圖形下底的寬度為0.1um至10um，高度0.1um至3um，圖形間的間距為0.1um至10um。

其中，所述步驟(1)的薄膜制備方法為PECVD、電子束蒸發、濺射或溶膠凝膠中的一種。

其中，所述的步驟(2)在薄膜上制備圖像的方法為勻膠、光刻、顯影、熱板烘烤制作刻蝕掩膜。

其中，所述的步驟(3)通過干法刻蝕或濕法腐蝕圖形。

本發明有益效果是：(1)由于在襯底上沉積低折射率材料的薄膜，其硬度低，制備過程容易控制，對生產設備和工藝條件無特殊要求，制備方法簡單多樣，成品率高，降低了生產成本；(2)用折射率接近于1的薄膜材料制備的圖形襯底，一方面，由于圖形為圓錐或半圓形，光從外延層進入襯底時，入射角度會增大；另一方面，圖形的折射率比較低，反射率會大大提高，更多的光從透明電極出射，增加了光的抽取效率。通過實際檢測，采用本發明提供的氮化鎵基發光二極管封裝后亮度提高30％。

附圖說明

圖1是在襯底上淀積一層低折射率材料薄膜的示意圖；

圖2是在低折射率材料薄膜上用光阻形成的掩膜圖形；

圖3、圖4為氮化鎵基發光二極管的圖形襯底

具體實施方式

以下舉例說明氮化鎵基發光二極管外延襯底的制備方法，

氮化鎵基發光二極管外延襯底的制備方法實施例1包含如下步驟：