[發明專利]圖形化襯底用掩膜版、圖形化襯底及其制造方法

在審

• 申請號: 201410058087.8
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103792784A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 黃小輝;鄭遠志;周德保;滕龍;霍麗艷;楊東;陳向東;康建;梁旭東
• 申請（專利權）人: 圓融光電科技有限公司
• 主分類號: G03F1/00
• 分類號: G03F1/00;H01L33/22
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 黃健

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種圖形化襯底用掩膜版、圖形化襯底及其制造方法。

背景技術

發光二極管（簡稱LED）是一種能發光的半導體電子元件，其通常由鎵（Ga）與砷（As）、磷（P）、氮（N）、銦（In）的化合物制成，當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，從而產生自發輻射的熒光。隨著半導體照明技術的不斷發展，LED越來越多的進入到各種照明領域中。

GaN基發光二極管（簡稱GaN-LED）因具有高效、節能、環保等突出優點而廣受關注，其可以生長在硅、碳化硅、藍寶石等襯底上，其中以藍寶石襯底作為襯底的GaN-LED商業用途最為廣泛。然而，藍寶石襯底和GaN材料存在巨大的晶格失配和熱膨脹系數失配，從而導致異質外延的GaN材料內部具有很高的位錯密度，其會引起載流子泄漏和非輻射復合中心增多等不良影響，從而降低器件的內量子效率；另一方面，由于GaN材料折射率高于藍寶石襯底以及外部封裝樹脂，使得有源區產生的光子在GaN上下界面發生多次全反射，嚴重降低器件的光提取效率。

圖形化襯底（簡稱PSS）通過在藍寶石襯底表面制作具有細微結構的圖形，然后在圖形化襯底表面進行LED材料外延，由于圖形化的界面改變了GaN材料的生長過程，從而能夠抑制缺陷向外延表面的延伸，進而提高了器件內量子效率；同時，粗糙化的GaN藍寶石界面能散射從有源區發射的光子，使得原本全反射的光子有機會出射到器件外部，從而能夠有效地提高器件的光提取效率。基于圖形化襯底的外延材料制成的器件參數表明，其在20mA下的光功率水平相比普通未圖形化的藍寶石襯底制作的器件的光功率增加了30%以上，因此采用圖形化襯底是提高GaN-LED光提取效率的一種有效方法。

目前，傳統的藍寶石圖形化襯底上的圖形主要采用圓錐體結構（也稱為蒙古包結構，如圖1所示），圓錐體底部的直徑約為2-3μm，高度約為1-2μm，相鄰兩個圓錐體的底部間距約為0-1μm。然而，使用上述結構的圖形化襯底生長外延后會在某些局部區域出現較大的缺陷，由于該圖形化襯底上GaN外延生長類似于側向外延，緩沖層經過熱處理后會在圓錐體底部區域形成晶核，隨著生長溫度及生長速率的提高，GaN側向生長會越來越明顯，最后會在圓錐體頂部連接形成平整面，此生長方式會使底部產生的位錯等缺陷發生彎曲，甚至集中在圓錐體頂部，形成位錯簇，嚴重的還會在外延表面形成V型缺陷，此缺陷會導致器件性能急劇惡化，尤其以抗靜電和反向漏電的惡化表現更加明顯。

此外，該圖形化襯底的圓錐體底部間距以及傾角的變化可能會導致從有源區發出的部分光在經過圓錐體的反射后依然在內部形成全反射，在對光的提取效率方面仍然存在一定的上升空間。因此，需要開發一種圖形化襯底，使其在進行外延生長時，降低缺陷密度，提高LED器件電學性能，同時改善LED的光提取效率，提高LED器件的光學性能。

發明內容

本發明提供一種圖形化襯底用掩膜版、圖形化襯底及其制造方法，在利用該圖形化襯底用掩膜版制作的圖形化襯底上生長的LED結構具有較高的晶體質量和光提取效率，LED器件電學性能優異。

本發明提供的一種圖形化襯底用掩膜版，包括光刻板，所述光刻板上包括單元陣列和網格，所述單元陣列包括若干個呈掩膜圖形的單元，所述網格由條狀邊線交叉連接形成，并包括若干個由所述條狀邊線圍成的網格單元，每一個所述網格單元的內部設有所述單元陣列中的一個單元。

本發明所提供的圖形化襯底用掩膜版用于在襯底上形成預設的襯底圖形，其可以是正相掩膜版或者負相掩膜版。

所述圖形化襯底用掩膜版為正相掩膜版時，所述光刻板透光，所述單元陣列和網格不透光，所述單元陣列和網格可以直接設置（如貼附）在所述光刻板的一側表面上。在使用時，在所述襯底上涂覆正相光刻膠，經曝光和顯影后，掩膜版透光部分下方的光刻膠溶解，從而在光刻膠上形成光刻膠圖形（即掩膜版上不透光部分組成的圖形），在以該光刻膠圖形作為掩膜對襯底進行刻蝕后，可在襯底上形成襯底圖形，即可制得圖形化襯底。

進一步地，所述圖形化襯底用掩膜版為負相掩膜版時，所述光刻板不透光，所述單元陣列可以為形成于所述光刻板上的呈掩膜圖形的開孔，所述網格可以為形成于所述光刻板上的開口。在使用時，在所述襯底上涂覆負相光刻膠，經曝光和顯影后，掩膜版不透光部分下方的光刻膠溶解，從而在光刻膠上形成光刻膠圖形（即掩膜版上透光部分組成的圖形），在以該光刻膠圖形作為掩膜對襯底進行刻蝕后，可在襯底上形成襯底圖形，即可制得圖形化襯底。