一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构制造技术

本发明专利技术公开了一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，它包括蓝宝石图形衬底以及沉积于所述蓝宝石图形衬底上的三明治反射结构，所述三明治反射结构包括沉积于所述蓝宝石图形衬底上的第一Al2O3多层结构、沉积于所述第一Al2O3多层结构上的布拉格反射器以及沉积于所述布拉格反射器上的第二Al2O3多层结构。本发明专利技术不仅可以提高GaN基LED材料质量，而且可以提高GaN基LED的发光效率，具有非常重要的商业价值。

【技术实现步骤摘要】
一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构。
技术介绍
GaN基LED现在已经广泛用于通用照明、交通信号指示、显示屏和背光源等领域。相比于传统光源，GaN基LED具有光电转换效率高、寿命长、损耗低、无污染等显著优势。在GaN基LED的大规模生产中，提高光效和降低成本始终是永远追求的目标，随着生产规模的不断扩大，生产成本也在不断降低。在提高光效方面，很多关键技术已经大量应用于大规模生产中，如图形衬底技术、缓冲层技术、高光效量子阱技术、散热技术等，对GaN基LED的发展起到了至关重要的作用。GaN基LED的大规模生产主要有三种衬底材料，蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅衬底，而在这三种衬底材料中，蓝宝石衬底市场份额最大，在整个GaN基LED的大规模生产中具有引领和主导地位。大量的生产实践已经证明，蓝宝石衬底从平面衬底发展到图形衬底(PSS)，LED发光效率明显提高，对整个LED产业的发展起到了非常大的促进作用。为进一步提高LED发光效率，中国专利CN103022291A提出一种具有全方位反射镜的图形衬底，其特征在于，包括蓝宝石图形衬底和在所述蓝宝石图形衬底上的全方位反射镜层，所述蓝宝石图形衬底的单个图形结构为具有倾斜侧壁的圆台状，在所述圆台状图形的倾斜侧壁上有全方位反射镜层。该专利技术在蓝宝石图形衬底的基础上做出反射镜，能够将射向衬底的光利用全方位反射镜的反射原理反射回上表面，可以提高LED发光效率。但是，该专利技术的图形衬底单个图形结构为圆台状，而大规模生产中的图形衬底单个图形结构多为近似圆锥状，难以用于大规模生产。另外，由于反射镜材料与蓝宝石衬底存在晶格失配，会导致反射镜材料本身以及生长于反射镜之上的GaN材料晶体质量下降。
技术实现思路
本专利技术针对现有蓝宝石图形衬底技术存在的不足，提出一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，包括蓝宝石图形衬底以及沉积于所述蓝宝石图形衬底上的三明治反射结构，所述三明治反射结构包括沉积于所述蓝宝石图形衬底上的第一Al2O3多层结构、沉积于所述第一Al2O3多层结构上的布拉格反射器、以及沉积于所述布拉格反射器上的第二Al2O3多层结构。进一步地，所述第一Al2O3多层结构由m层Al2O3薄膜构成，2≤m≤10。进一步地，所述布拉格反射器的周期数为12-48，每层的光学厚度为反射中心波长的四分之一，反射中心波长为450nm。进一步地，所述第二Al2O3多层结构(1)由n层Al2O3薄膜构成,2≤n≤10。进一步地，它通过以下方法制备得到：(1)、在蓝宝石图形衬底(4)上沉积第一Al2O3多层结构(3)：将原子层沉积系统反应室抽真空，待压力小于3x10-5Torr后，把蓝宝石衬底从送样室转移至反应室，将反应室温度升高至200℃，以Ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待温度稳定后开始生长第一层Al2O3薄膜，周期数为I，1≤I≤1250；然后在150℃≤T≤250℃范围内调整反应室温度T，依次生长m层的Al2O3薄膜，2≤m≤10，每一层Al2O3薄膜的厚度为0.1～100nm；待生长完成后，将具有m层Al2O3薄膜的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为400℃，时间约为10min；(2)、在具有第一Al2O3多层结构(3)的蓝宝石图形衬底(4)上沉积布拉格反射器结构(2)：采用电子束蒸发方法，以SiO2与Ti3O5为蒸发源，待真空度达到10-7Torr并且温度稳定在130℃后，开始交替蒸发SiO2层与Ti3O5层，布拉格反射器的周期数为12-48，每层的光学厚度为反射中心波长的四分之一，反射中心波长为450nm；(3)、在具有第一Al2O3多层结构(3)和布拉格反射器结构(2)的蓝宝石图形衬底(4)上沉积第二Al2O3多层结构(1)：将原子层沉积系统反应室抽真空，待压力小于3x10-5Torr后，把蓝宝石衬底从送样室转移至反应室，将反应室温度升高至180℃，以Ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待温度稳定后开始生长第一层Al2O3，周期数为J，1≤J≤1250；然后在150℃≤T≤250℃范围内调整反应室温度T，依次生长n层的Al2O3薄膜，2≤n≤10，每一层Al2O3薄膜的厚度为0.1～100nm；待生长完成后，将具有n层Al2O3薄膜的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为400℃，时间约为10min。本专利技术的有益效果是，1、Al2O3多层结构在蓝宝石图形衬底和反射器材料之间起到缓冲层作用，提高了布拉格反射器材料的晶体质量，从而提高反射率。2、Al2O3多层结构在布拉格反射器材料与GaN基LED材料之间起到缓冲作用，提高了GaN基LED材料的晶体质量，从而提高GaN基LED的发光效率。3、本专利技术不仅可以提高GaN基LED材料质量，而且可以提高GaN基LED的发光效率，具有非常重要的商业价值。附图说明图1是本专利技术一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构包括蓝宝石图形衬底4以及沉积于所述蓝宝石图形衬底4上的三明治反射结构，所述三明治反射结构包括沉积于所述蓝宝石图形衬底4上的第一Al2O3多层结构3、沉积于所述第一Al2O3多层结构3上的布拉格反射器2、以及沉积于所述布拉格反射器2上的第二Al2O3多层结构1。本专利技术提出一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，目的是既增加反射器功能，又能提高材料晶体质量，从而提高LED发光效率。具体实施步骤如下：步骤1：在蓝宝石图形衬底4上沉积第一Al2O3多层结构3：将原子层沉积系统反应室抽真空，待压力小于3x10-5Torr后，把蓝宝石衬底从送样室转移至反应室，将反应室温度升高至200℃，以Ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待温度稳定后开始生长第一层Al2O3，周期数为I，1≤I≤1250，第一层Al2O3的厚度小于100nm。然后将反应室温度调整到温度T，150℃≤T≤250℃，通过在不同的温度下重复以上步骤生长不同层的Al2O3薄膜，共计生长m层Al2O3薄膜，2≤m≤10，每一层Al2O3薄膜的厚度为0.1～100nm。待生长完成后，将具有m层Al2O3薄膜的蓝宝石衬底在N2气氛下退火，退火温度为400℃，时间为10min。步骤2：完成步骤1后，在具有第一Al2O3多层结构(3)的蓝宝石图形衬底(4)上沉积布拉格反射器结构(2)：采用电子束蒸发方法，以SiO2与Ti3O5为蒸发源，待真空度达到10-7Torr并且温度稳定在130℃后，开始交替蒸发SiO2层与Ti3O5层，布拉格反射器的周期数为12-48，每层的光学厚度为反射中心波长的四分之一，反射中心波长为450nm。步骤3：完成步骤2后，在具有第一Al2O3多层结构(3)和布拉格反射器结构(2)的蓝宝石图形衬底(4)上沉积第二Al2O3多层结构(1)，将原子层沉积系统反应室抽真空，待压力小于3x10-5Torr后，把蓝宝石衬底从送样室转移至反应室，将反应室温度升高至180℃，以Ar为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，包括蓝宝石图形衬底(4)以及沉积于所述蓝宝石图形衬底(4)上的三明治反射结构，所述三明治反射结构包括沉积于所述蓝宝石图形衬底(4)上的第一Al2O3多层结构(3)、沉积于所述第一Al2O3多层结构(3)上的布拉格反射器(2)、以及沉积于所述布拉格反射器(2)上的第二Al2O3多层结构(1)。

【技术特征摘要】
1.一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，包括蓝宝石图形衬底(4)以及沉积于所述蓝宝石图形衬底(4)上的三明治反射结构，所述三明治反射结构包括沉积于所述蓝宝石图形衬底(4)上的第一Al2O3多层结构(3)、沉积于所述第一Al2O3多层结构(3)上的布拉格反射器(2)、以及沉积于所述布拉格反射器(2)上的第二Al2O3多层结构(1)。2.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，第一Al2O3多层结构(3)由m层Al2O3薄膜构成，2≤m≤10。3.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，所述布拉格反射器(2)的周期数为12-48，每层的光学厚度为反射中心波长的四分之一，反射中心波长为450nm。4.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，第二Al2O3多层结构(1)由n层Al2O3薄膜构成,2≤n≤10。5.根据权利要求1所述的一种提高GaN基LED发光效率的蓝宝石图形衬底结构，其特征在于，它通过以下方法制备得到：(1)、在蓝宝石图形衬底(4)上沉积第一Al2O3多层结构(3)：将原子层沉积系统反应室抽真空，待压力小于3x10-5Torr后，把蓝宝石衬底从送样室转移至反应室，将反应室温度升高至200℃，以Ar为载气，以三甲基铝和水为反应源，待温度稳定后开始生长第一层A...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一军，程志渊，周强，孙颖，孙家宝，刘艳华，王妹芳，盛况，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33