图形化衬底用掩膜版、图形化衬底及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种图形化衬底用掩膜版、图形化衬底及其制造方法。所述图形化衬底用掩膜版包括光刻板，所述光刻板上包括单元阵列和网格，所述单元阵列包括若干个呈掩膜图形的单元，所述网格由条状边线交叉连接形成，并包括若干个由所述条状边线围成的网格单元，每一个所述网格单元的内部设有所述单元阵列中的一个单元。在利用该图形化衬底用掩膜版制作的图形化衬底上生长的LED结构具有较高的晶体质量和光提取效率，LED器件电学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种。所述图形化衬底用掩膜版包括光刻板，所述光刻板上包括单元阵列和网格，所述单元阵列包括若干个呈掩膜图形的单元，所述网格由条状边线交叉连接形成，并包括若干个由所述条状边线围成的网格单元，每一个所述网格单元的内部设有所述单元阵列中的一个单元。在利用该图形化衬底用掩膜版制作的图形化衬底上生长的LED结构具有较高的晶体质量和光提取效率，LED器件电学性能优异。【专利说明】
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种。
技术介绍
发光二极管(简称LED)是一种能发光的半导体电子元件，其通常由镓(Ga)与砷(As)、磷(P)、氮(N)、铟(In)的化合物制成，当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，从而产生自发辐射的荧光。随着半导体照明技术的不断发展，LED越来越多的进入到各种照明领域中。GaN基发光二极管(简称GaN-LED)因具有高效、节能、环保等突出优点而广受关注，其可以生长在硅、碳化硅、蓝宝石等衬底上，其中以蓝宝石衬底作为衬底的GaN-LED商业用途最为广泛。然而，蓝宝石衬底和GaN材料存在巨大的晶格失配和热膨胀系数失配，从而导致异质外延的GaN材料内部具有很高的位错密度，其会引起载流子泄漏和非辐射复合中心增多等不良影响，从而降低器件的内量子效率；另一方面，由于GaN材料折射率高于蓝宝石衬底以及外部封装树脂，使得有源区产生的光子在GaN上下界面发生多次全反射，严重降低器件的光提取效率。图形化衬底(简称PSS)通过在蓝宝石衬底表面制作具有细微结构的图形，然后在图形化衬底表面进行LED材料外延，由于图形化的界面改变了 GaN材料的生长过程，从而能够抑制缺陷向外延表面的延伸，进而提高了器件内量子效率；同时，粗糙化的GaN蓝宝石界面能散射从有源区发射的光子，使得原本全反射的光子有机会出射到器件外部，从而能够有效地提高器件的光提取效率。基于图形化衬底的外延材料制成的器件参数表明，其在20mA下的光功率水平相比普通未图形化的蓝宝石衬底制作的器件的光功率增加了 30%以上，因此采用图形化衬底是提高GaN-LED光提取效率的一种有效方法。目前，传统的蓝宝石图形化衬底上的图形主要采用圆锥体结构(也称为蒙古包结构，如图1所示)，圆锥体底部的直径约为2-3 μ m，高度约为1-2 μ m，相邻两个圆锥体的底部间距约为0-1 μ m。然而，使用上述结构的图形化衬底生长外延后会在某些局部区域出现较大的缺陷，由于该图形化衬底上GaN外延生长类似于侧向外延，缓冲层经过热处理后会在圆锥体底部区域形成晶核，随着生长温度及生长速率的提高，GaN侧向生长会越来越明显，最后会在圆锥体顶部连接形成平整面，此生长方式会使底部产生的位错等缺陷发生弯曲，甚至集中在圆锥体顶部，形成位错簇，严重的还会在外延表面形成V型缺陷，此缺陷会导致器件性能急剧恶化，尤其以抗静电和反向漏电的恶化表现更加明显。此外，该图形化衬底的圆锥体底部间距以及倾角的变化可能会导致从有源区发出的部分光在经过圆锥体的反射后依然在内部形成全反射，在对光的提取效率方面仍然存在一定的上升空间。因此，需要开发一种图形化衬底，使其在进行外延生长时，降低缺陷密度，提高LED器件电学性能，同时改善LED的光提取效率，提高LED器件的光学性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种，在利用该图形化衬底用掩膜版制作的图形化衬底上生长的LED结构具有较高的晶体质量和光提取效率，LED器件电学性能优异。本专利技术提供的一种图形化衬底用掩膜版，包括光刻板，所述光刻板上包括单元阵列和网格，所述单元阵列包括若干个呈掩膜图形的单元，所述网格由条状边线交叉连接形成，并包括若干个由所述条状边线围成的网格单元，每一个所述网格单元的内部设有所述单元阵列中的一个单元。本专利技术所提供的图形化衬底用掩膜版用于在衬底上形成预设的衬底图形，其可以是正相掩膜版或者负相掩膜版。所述图形化衬底用掩膜版为正相掩膜版时，所述光刻板透光，所述单元阵列和网格不透光，所述单元阵列和网格可以直接设置(如贴附)在所述光刻板的一侧表面上。在使用时，在所述衬底上涂覆正相光刻胶，经曝光和显影后，掩膜版透光部分下方的光刻胶溶解，从而在光刻胶上形成光刻胶图形(即掩膜版上不透光部分组成的图形)，在以该光刻胶图形作为掩膜对衬底进行刻蚀后，可在衬底上形成衬底图形，即可制得图形化衬底。进一步地，所述图形化衬底用掩膜版为负相掩膜版时，所述光刻板不透光，所述单元阵列可以为形成于所述光刻板上的呈掩膜图形的开孔，所述网格可以为形成于所述光刻板上的开口。在使用时，在所述衬底上涂覆负相光刻胶，经曝光和显影后，掩膜版不透光部分下方的光刻胶溶解，从而在光刻胶上形成光刻胶图形(即掩膜版上透光部分组成的图形)，在以该光刻胶图形作为掩膜对衬底进行刻蚀后，可在衬底上形成衬底图形，即可制得图形化衬底。本专利技术在图形化衬底用掩膜版上设计网格，并使所述单元阵列中的每一个单元位于所述网格的网格单元内部，利用该图形化衬底用掩膜版所制作的图形化衬底能够使衬底单元之间连接处产生的位错得到有效的抑制，从而使大部分位错终止于衬底单元的侧壁或者网格的侧壁上，因此能够极大提高在该图形化衬底上生长的LED的晶体质量和光提取效率。根据本专利技术所提供的图形化衬底用掩膜版，所述掩膜图形为圆形，所述网格单元呈等边三角形，所述单元位于所述网格单元的中央位置。在本专利技术中，所述圆形不限于常规的圆形，其还可以是类似圆形的其它形状，例如椭圆形、多棱形等；所述网格单元为由所述条状边线围成的最小单元，所述网格单元可以呈正三角形，并且所述圆形的圆心可以位于所述正三角形网格单元的中心位置。进一步地，所述单元可以为不透光的圆片。具体地，本专利技术提供的图形化衬底用掩膜版包括透光的光刻板，所述透光的光刻板上贴附有圆片阵列和网格，所述圆片阵列包括若干个不透光的圆片，所述网格由不透光的条状边线交叉连接形成，所述网格包括若干个由所述条状边线围成的网格单元，每一个所述网格单元的内部设有一个所述圆片。进一步地,所述条状边线的宽度为0.l_5um,例如为l_3um,进一步例如为2_3um,所述圆形的直径为0.l-5um,例如l_3um,进一步例如为2_3um,所述等边三角形的边长为0.Ι-lOum,例如 4_8um,进一步例如为 6_8um。本专利技术还提供一种图形化衬底，包括衬底，所述衬底上包括衬底单元阵列和衬底网格，所述衬底单元阵列包括若干个呈衬底图形的衬底单元，所述衬底网格由脊状边线交叉连接形成，并包括若干个由所述脊状边线围成的衬底网格单元，每一个所述衬底网格单元的内部设有所述衬底单元阵列中的一个衬底单元。进一步地，所述衬底图形为圆锥体、圆台体或顶部为弧线的圆台体，所述衬底图形的底部直径为0.l-5um，高度为0.l_5um，相邻衬底图形底部之间的间距为0.l_5um ;所述脊状边线横断面的形状呈上窄下宽状(例如可以为三角形、圆弧形、梯形等)，所述脊状边线的底部宽度为0.l_5um，高度为0.l_5um，所述衬底网格单元呈等边三角形，所述等边三角形的边长为0.Ι-lOum，所述衬底单元位于所述衬底网格单元的中央位置。进一步地，所述衬底图形的底部直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小辉，郑远志，周德保，滕龙，霍丽艳，杨东，陈向东，康建，梁旭东，
申请(专利权)人：圆融光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：