[發明專利]一種鈮酸鋰襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201210232239.2
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102732965A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 丁海生;李東昇;馬新剛;江忠永;張昊翔;王洋;李超
• 申請（專利權）人: 杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于LED制造工藝技術領域，尤其涉及一種鈮酸鋰襯底及其制造方法。

背景技術

自從20世紀90年代初GaN(氮化鎵)基LED商業化以來，經過二十幾年的發展，GaN基LED的結構已趨于成熟和完善，但可用于GaN基LED的襯底材料卻寥寥無幾，可用于商業化的襯底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用藍寶石和碳化硅兩種襯底材料，其中藍寶石材料由于具有化學穩定性好、生產技術相對成熟等優勢而應用最為廣泛，但用藍寶石材料作為GaN基LED的襯底也存在很多問題，首先藍寶石材料存在晶格失配和熱應力失配，所述的晶格失配和熱應力失配不僅會在外延材料中產生大量的缺陷，而且還會給后續器件的加工增加額外的困難；其次藍寶石材料的導熱性能也不太好，而為了將LED芯片產生的熱量通過藍寶石襯底導出，通常需要將藍寶石襯底的厚度由400-500um減薄到100um以內(當然，對藍寶石襯底材料減薄的另一個目的是為了后續切割的方便)，由于藍寶石襯底的硬度卻僅次于金剛石，這一缺點無疑大大增加了減薄工藝的時間成本和金錢成本；再有，近年來為了迎接LED發光亮度的挑戰，將LED的應用領域擴大到通用照明領域，需要制作出各種各樣的圖形化的藍寶石襯底(Patterned?Sapphire?Substrate，PSS)或光子晶體，而要在較高硬度的藍寶石襯底上制作所述的PSS襯底或光子晶體，需要昂貴的設備，無疑增加了困難和成本。

目前，可以通過現有的光刻以及刻蝕工藝制備出圓錐形圖形化的藍寶石襯底來提高LED發光亮度。如果圓錐形圖形化藍寶石襯底(用環氧樹脂封裝后)的出光效率隨圓錐形底角的變化關系采用光線追跡軟件Tracepro模擬，可得到圖1，由圖1可以看出如果將圓錐形的底面直徑Dc固定為3um，圓錐形底角θc是55度時，芯片的出光效率最高；如果將圓錐形的底面直徑Dc固定為其它尺寸時(10um以內)，也能得到基本相同的結果。因此，用光線追跡軟件Tracepro模擬出的圓錐形圖形化藍寶石襯底的出光效率最高的圓錐體形狀如圖2所示，其中圓錐形的底面直徑Dc并非關鍵參數，圓錐形底角θc才是影響出光效率的最重要的參數，即藍寶石襯底與GaN外延材料的界面方向和有效面積才是影響出光效率的關鍵。因此，如果不考慮藍寶石襯底上所制備的圖形圖案的加工難度和后續生長外延的難度，那么藍寶石襯底上具有底角θc為55度的錐體越多越好、錐體排布的越密越好，理想狀態是錐體與錐體的底面相切。然而，由于現有光刻及刻蝕工藝的加工精度有限，限制了不能加工出尺寸太小的錐體形狀，且如果錐體排布的太密，后續就沒有一個穩定的外延生長面，這就會給外延生長帶來非常大的困難。因此，才導致市面上存在的圖形化藍寶石襯底大部分都如圖3所示，圖形的尺寸不能太小，如高度hc為大約1.5um，底面直徑Dc為大約2.5um，圖形與圖形之間的間距大約為0.5um，即底角θc為大約50度，這大大限制了圖形化襯底提高亮度的效果。

因此，為解決目前現有材料制造LED襯底所帶來的上述問題，急需提出一種新的襯底用于LED芯片的制造。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈮酸鋰襯底及其制造方法，可以在不做圖形化襯底或光子晶體的前提下，將鈮酸鋰晶體作為LED襯底，以便提高LED的發光亮度的問題。

為解決上述問題，本發明提出的一種鈮酸鋰襯底的制造方法，采用鈮酸鋰晶體生長為鈮酸鋰襯底，在所述鈮酸鋰晶體生長的過程中摻入光折變元素。

進一步的，所述光折變元素為鐵、銅、錳、鈰中的一種或多種。

進一步的，采用多光束激光干涉法，利用相干激光束照射所述鈮酸鋰襯底，對所述鈮酸鋰襯底的表面進行折射率的調制。

進一步的，所述多光束激光干涉法采用的激光束的光束形式為平面波或球面波或柱面波。

進一步的，所述多光束激光干涉法采用兩條以上的激光束進行相互干涉。

進一步的，利用所述相干激光束一次或多次照射所述鈮酸鋰襯底，照射時間為10秒-10分鐘。

進一步的，所述鈮酸鋰襯底的表面具有周期性變化的折射率，所述周期性變化為一維周期性，或為多維周期性。

進一步的，所述周期性變化的折射率的變化周期由所述相干激光束之間的夾角決定，當夾角越大，周期越小；當夾角越小，周期越大。

進一步的，所述相干激光束之間的夾角大于0度且小于180度。

進一步的，所述鈮酸鋰襯底表面平坦。

進一步的，所述鈮酸鋰襯底表面具有圖形化的結構。