[發明專利]一種藍寶石圖形襯底及其制備方法

無效

• 申請號: 201010296105.8
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102064257A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 王懷兵;孔俊杰;黃小輝;吳思;范亞明;劉建平;楊輝
• 申請（專利權）人: 蘇州納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種藍寶石圖形襯底及其制備方法，屬于半導體技術領域。

背景技術

目前，氮化鎵基LED普遍采用藍寶石作為襯底，藍寶石襯底有平片襯底和圖形襯底之分。

在平片襯底上生長的LED器件一般只能滿足中低亮度應用領域的要求，無法滿足當今快速發展的照明及背光等高亮應用領域的要求。而在圖形襯底上生長的LED器件可達到高端應用領域的亮度要求，基于圖形襯底的外延材料制成的器件參數表明，在20mA下光功率水平相比普通藍寶石襯底制作的器件光功率增加30％以上，因此采用圖形襯底是提高氮化鎵基LED光效的一種有效方法。

相比普通的平片藍寶石襯底，在圖形襯底上生長氮化鎵外延層可以減少外延缺陷，降低位錯密度，提高外延層晶體質量。另外，圖形襯底結構會反射LED發出的光線并改變光線傳輸方向，提高LED出光效率。因此，國內外的企業及研究機構紛紛加大對圖形襯底外延技術的研究投入，并取得了不錯的進展。

目前，藍寶石圖形襯底主要采用的是點狀包形結構，包形結構的底部直徑約2～3μm，高度約1～2μm，參見圖1所示。

然而，上述結構的圖形襯底的最主要的問題是通過圖形襯底外延生長出來的LED器件抗靜電能力較差。這是因為在上述圖形襯底上外延時，生長首先從包底部開始，然后沿著多個特定的生長面向包頂生長，最終形成合并；由于在此圖形襯底上生長的氮化鎵薄膜生長面過多，使沿包頂生長的局部區域的缺陷密度增高、晶體質量變差，導致通過這種圖形襯底外延生長出來的LED器件抗靜電能力變差。

在上述圖形襯底上外延生長時，會在點狀包形結構的包頂集中形成大量的缺陷，其中一些缺陷穿透有源區到達外延膜表面，形成V-pits。缺陷的數量及尺寸直接影響V-pits的數量及尺寸；缺陷的數量越多、尺寸越大，形成V-pits的數量就越多、尺寸就越大。采用該圖形襯底進行外延時，常因包頂大量集中的缺陷導致大尺寸V-pits形成，該類缺陷貫穿PN結，且吸附了大量的導電雜質，極易形成漏電通道，尤其在高壓靜電瞬間加載下，大尺寸V-pits內會產生大量的電子運動，導致器件擊穿，抗靜電能力惡化。

因此，需要開發一種新的藍寶石圖形襯底，使其在進行外延生長時，降低缺陷密度，減小V-pits尺寸，從而提高LED器件抗靜電能力。

發明內容

本發明目的是提供一種藍寶石圖形襯底，以提高LED器件抗靜電能力和壽命。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種藍寶石圖形襯底，所述襯底圖形為連續的網狀結構，襯底圖形的各組成邊為脊形結構。

上文中，所述襯底圖形的各組成邊是指網狀結構圖形的各條邊，其縱橫交織構成網狀結構。所述脊形結構是指上窄下寬的形狀結構。

優選的技術方案，所述各組成邊的脊形結構為：各組成邊的剖面呈三角形或弧形，其高度為0.1～3μm，底部寬度為0.15～3μm，底部傾角為45～60度。所述底部傾角是指三角形的底角(當組成邊的剖面為三角形時)，或者是弧形頂點與底部端點的連線與水平面之間的夾角(當組成邊的剖面為弧形時)。

優選的技術方案，所述襯底圖形的網狀結構的重復單元為等邊三角形，等邊三角形的高為0.3～10μm。

更優選的技術方案，上述等邊三角形的一條邊與藍寶石襯底的定位邊平行。所述藍寶石襯底的定位邊是指沿著(11-20)面的參考邊。

本發明同時請求保護上述藍寶石圖形襯底的制備方法，包括以下步驟：

(1)設計制作具有上述的襯底圖形結構的光刻版；

(2)光刻：在藍寶石襯底上涂覆光刻膠、烘干、曝光、顯影、后烘，將上述光刻版的圖形轉移到光刻膠層上；

(3)刻蝕：采用ICP干法刻蝕技術對上述具有圖形化光刻膠層的藍寶石襯底進行刻蝕，將所述圖形轉移到藍寶石襯底上，去除光刻膠層，即可獲得所述藍寶石圖形襯底。

所述步驟(2)中曝光時可以采用步進式曝光機。

與之相應的另一種技術方案，一種藍寶石圖形襯底的制備方法，包括以下步驟：

(1)設計制作具有權利要求1所述的襯底圖形結構的光刻版；

(2)在藍寶石襯底上沉積二氧化硅層，在所述二氧化硅層上涂敷光刻膠、烘干、曝光、顯影、后烘，將所述光刻版圖形轉移到光刻膠層上；采用BOE溶液刻蝕二氧化硅層，將光刻膠層上的圖形轉移到二氧化硅層上，然后去除光刻膠層；

(3)采用濕法刻蝕技術對上述具有圖形化二氧化硅層的藍寶石襯底進行刻蝕，將所述圖形轉移到藍寶石襯底上，然后去除二氧化硅層，即可獲得所述藍寶石圖形襯底。