[發(fā)明專(zhuān)利]一種激光刻蝕錯(cuò)位半球與ODR結(jié)合的藍(lán)寶石圖形襯底及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611267176.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108269896A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵慧慧;徐現(xiàn)剛;劉成成;于果蕾;李沛旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L33/20
• 分類(lèi)號(hào): H01L33/20;H01L33/10;H01L33/00;H01L21/268
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發(fā)明涉及一種激光刻蝕錯(cuò)位半球與ODR結(jié)合的藍(lán)寶石圖形襯底及制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，包括在藍(lán)寶石襯底上通過(guò)激光刻蝕出錯(cuò)位半球狀突起，所述的藍(lán)寶石圖形襯底的單個(gè)圖形結(jié)構(gòu)為半球狀，在所述半球狀突起的斜側(cè)壁上有反射鏡層。本發(fā)明在藍(lán)寶石襯底的基礎(chǔ)上做出錯(cuò)位半球狀突起，激光刻蝕，精密度高，圖形易于控制，增加出光機(jī)會(huì)，大大提高出光效率。同時(shí)在藍(lán)寶石圖形襯底的上半球圖形上制備ODR反射鏡，然后在其表面外延生長(zhǎng)GaN層，不但能抑制缺陷的延伸，而且能提高GaN的晶體質(zhì)量，同時(shí)提升出光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光刻蝕錯(cuò)位半球與ODR結(jié)合的藍(lán)寶石圖形襯底及制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

GaN基材料的外延層主要是生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)應(yīng)用成熟、質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中；最后，藍(lán)寶石的機(jī)械硬度高，易于處理和清洗，因大多數(shù)GaN-LED采用藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)，藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN材料，存在較多的問(wèn)題，其中最大的問(wèn)題是表面出光問(wèn)題，雖然GaN基LED已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，但是芯片出光效率低的問(wèn)題仍然沒(méi)有很好的解決。根據(jù)GaN基LED的發(fā)光性質(zhì)來(lái)看，一般可以用來(lái)提高GaN基LED的發(fā)光效率主要有兩種途徑，一種是提高其內(nèi)量子效率，一種是提高其外量子效率。由于GaN功率型LED材料一般都是采用MOCVD的外延生長(zhǎng)和多量子阱的結(jié)構(gòu)，但是提升內(nèi)量子效率不明顯。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)組裝的InGaN LED能有效的降低體內(nèi)的位錯(cuò)密度，主要是由于襯底上的微型圖形改變了GaN生長(zhǎng)，抑制了缺陷的進(jìn)一步延伸，從而降低了GaN體內(nèi)的缺陷密度。出光效益的增強(qiáng)的原因是非輻射復(fù)合中心(位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷)的減少使其發(fā)光效益增加。Motokazu Yamada et al.利用PSS(Patterned Sapphire Substrate)技術(shù)研究了UV-LED，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在20mA的正向電流注入下，出光效益達(dá)到35.5％。解釋其原因是PSS結(jié)構(gòu)的襯底使朝下的光的傳播方向從幾乎規(guī)定的方向到任意方向能有效提高LED的出光效益。PSS制備工藝比較簡(jiǎn)單，且均勻性，穩(wěn)定性較好，制作成本低，所以得到廣泛應(yīng)用。PSS一方面可以解決由于藍(lán)寶石與GaN之間存在較大的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配這一問(wèn)題，同時(shí)PSS微型圖形結(jié)構(gòu)改變了GaN的生長(zhǎng)過(guò)程，能夠抑制缺陷向外延表面延伸，降低了外延的缺陷密度。另一方面，GaN與藍(lán)寶石襯底的折射率和空氣的折射率存在差距，GaN材料的折射率(2.4)高于藍(lán)寶石襯底(1.7)和空氣的折射率(1.0)，PSS圖形結(jié)構(gòu)改變了有源區(qū)發(fā)出光的傳播路線(xiàn)，有源區(qū)發(fā)出的光入射到PSS圖形上反射回去，經(jīng)過(guò)GaN材料入射到GaN與空氣的界面，與普通藍(lán)寶石平面比較，減小了入射角，減少全反射的機(jī)會(huì)，增加出光機(jī)會(huì)，使更多的光經(jīng)PSS結(jié)構(gòu)作用反射出來(lái)，這樣就提高了光提取效率。

但是LED結(jié)區(qū)發(fā)出的光是向上、下兩個(gè)表面出射的，而封裝好的LED是“單向”出光的，因此，有必要將向下入射的光反射或直接出射。直接出射的方法即為透明襯底法，但是這種方法的成本較高、工藝復(fù)雜。本專(zhuān)利研究的是由多層交替的高折射率和低折射率材料組成的ODR結(jié)構(gòu)，它位于外延層和襯底之間，能夠?qū)⑸湎蛞r底的光利用ODR反射原理反射回上表面，在PSS基礎(chǔ)上更加增加出光效率，同時(shí)提高GaN的晶體質(zhì)量。

中國(guó)專(zhuān)利文件CN201510414119.8公開(kāi)了一種周期性碗狀結(jié)構(gòu)模板及其制備方法的專(zhuān)利，在基底上沉積二氧化硅掩膜層，在其上旋涂光刻膠，制備周期性微納米光刻膠點(diǎn)陣圖形，在光刻膠結(jié)構(gòu)上沉積一層金屬薄膜，經(jīng)過(guò)剝離后得到金屬孔陣圖形，再以金屬孔陣結(jié)構(gòu)為掩膜，采用濕法腐蝕技術(shù)形成二氧化硅的碗狀陣列結(jié)構(gòu)，最后除去金屬掩膜。該專(zhuān)利是采用濕法腐蝕，工藝不易控制，并且金屬掩膜容易脫落。