[發(fā)明專利]圖形化襯底及其形成方法及用于制作所述襯底的掩膜版

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210230308.6
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102769082A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁海生;李東昇;馬新剛;江忠永;張昊翔;王洋;李超;逯永建;黃捷
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00;G03F1/80
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圖形化襯底及其形成方法及用于制作所述襯底的掩膜版。?

背景技術(shù)

以GaN、InGaN以及AlGaN為主的III-V氮化物是近年來備受關(guān)注的半導(dǎo)體材料，其1.9eV-6.2eV連續(xù)可變的直接帶隙，優(yōu)異的物理、化學(xué)穩(wěn)定性，高飽和電子遷移率等特性，使其成為激光器、發(fā)光二極管(LED)等光電子器件的最優(yōu)選材料。?

通常氮化物光電子器件制備在藍(lán)寶石襯底上，而藍(lán)寶石與GaN材料晶格常數(shù)相差15％，熱膨脹系數(shù)和化學(xué)性質(zhì)也相差較大。大的晶格失配使在藍(lán)寶石襯底上生長的氮化物外延層缺陷密度較大，這些缺陷會向后向相鄰窗口漫延，從而使GaN有源區(qū)的缺陷密度增大。當(dāng)發(fā)光波長為410納米時，GaN材料和藍(lán)寶石之間光的全反射角為44.8°，這使得有源區(qū)產(chǎn)生近90％的光被限制在器件內(nèi)，經(jīng)多次反射而被吸收，這樣即增加了LED的發(fā)熱量，也使其發(fā)光亮度減弱。?

為了緩解GaN外延層與襯底之間由于晶格失配造成的應(yīng)力，降低GaN外延層中的位錯密度，提高GaN材料的晶體質(zhì)量，提高GaN基LED的發(fā)光亮度，LED行業(yè)引入了圖形化襯底。所述圖形化襯底是在襯底上通過濕法高溫腐蝕或干法刻蝕形成類似半球形、圓臺形、圓錐形、三角錐形、多棱錐形、柱形或一些不規(guī)則圖形等微結(jié)構(gòu)。所述圖形化襯底通過這些微結(jié)構(gòu)對光波形成散射或漫反射，增加光子逃逸的幾率，從而提高LED的發(fā)光亮度。然而，現(xiàn)有技術(shù)中圖形化襯底的微結(jié)構(gòu)，無論是半球形、圓臺形、圓錐形還是三角錐形，或者是其它圖形，其表面都是光滑的，沒有任何溝槽、凸起或階梯。為了更好地降低GaN外延層與襯底之間晶格失配造成的應(yīng)力，降低GaN外延層中的位?錯密度，提高GaN材料的晶體質(zhì)量，更好地改善LED的發(fā)光亮度，在圖形化襯底的微結(jié)構(gòu)上再做階梯的工作勢在必行。然而在已形成圖形化的襯底上再做階梯的工藝比較復(fù)雜，工藝精度要求高，從而成本較高，如何在不增加成本的前提下，形成具有階梯的微結(jié)構(gòu)的圖形化襯底，成為目前LED行業(yè)的研究重點(diǎn)之一。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種圖形化襯底及其形成方法及用于制作所述襯底的掩膜版，用所述掩膜版采用一次光刻、二次刻蝕工藝形成具有階梯型微結(jié)構(gòu)的圖形化襯底，工藝簡單，成本低。?

本發(fā)明提供一種圖形化襯底，包括襯底和襯底表面的周期性圖形，所述周期性圖形包括下列情況中的任意一種：(1)由從下至上階梯型依次堆疊的m+1個圓臺、(2)由從下至上階梯型依次堆疊的m+1個橢圓臺、(3)由從下至上階梯型依次堆疊的m+1個多棱臺、(4)由從下至上階梯型依次堆疊的m個圓臺和位于最上端圓臺的1個圓錐、(5)由從下至上階梯型依次堆疊的m個橢圓臺和位于最上端橢圓臺的橢圓錐、(6)由從下至上階梯型依次堆疊的m個多棱臺和位于最上端多棱臺的多棱錐，其中m為自然數(shù)，所述m的取值范圍為1＜m＜1000。?

作為優(yōu)選：所述圓臺、橢圓臺、多棱臺、圓錐、橢圓錐或多棱錐的側(cè)面還具有凹槽或凸起。?

作為優(yōu)選：所述凹槽或凸起形狀為方形、鋸齒形或不規(guī)則形狀。?

作為優(yōu)選：第i+1個圓臺或橢圓臺或多棱臺位于第i個圓臺或橢圓臺或多棱臺的上方，且第i+1個圓臺或橢圓臺或多棱臺的底面直徑小于第i個圓臺或橢圓臺或多棱臺的頂面直徑，所述i的取值范圍為1≤i＜m。?

作為優(yōu)選：所述圓錐或橢圓錐或多棱錐的側(cè)面與底面的夾角為40度-60度。?

作為優(yōu)選：所述圓臺或橢圓臺或多棱臺的側(cè)面與底面的夾角為40度-60度。?

作為優(yōu)選：所述周期性圖形的底部關(guān)鍵尺寸為2μm-5μm，高度為1.5μm-5μm，相鄰兩個圖形的底部間距為3μm-10μm。?

本發(fā)明還提供一種掩膜版，所述掩膜版包括圓形陣列、橢圓形陣列或多邊形陣列。?

作為優(yōu)選：所述圓形陣列、橢圓形陣列或多變形陣列中的每一圓形、橢圓形或多邊形的區(qū)域內(nèi)部分別包含m+1個同心圓環(huán)、同心橢圓環(huán)或同心多邊形環(huán)。?

作為優(yōu)選：所述m+1個同心圓環(huán)或同心橢圓環(huán)或同心多邊形環(huán)的邊緣還具有方形、鋸齒形或不規(guī)則形狀的圖案。?

作為優(yōu)選：第i+1個圓環(huán)或橢圓環(huán)或多邊形環(huán)位于第i個圓環(huán)或橢圓環(huán)或多邊形環(huán)的內(nèi)側(cè)，且所述第一個圓環(huán)或橢圓環(huán)或多邊形環(huán)至第m+1個圓環(huán)或橢圓環(huán)或多邊形環(huán)的透光率呈公差非零的等差數(shù)列，所述i的取值范圍為1≤i＜m。?

作為優(yōu)選：所述圓形或橢圓形或多邊形的關(guān)鍵尺寸為2μm-5μm，圓形陣列或橢圓形陣列或多邊形陣列的間距為3μm-10μm。?