一种图形化复合衬底和LED外延片制造技术

本实用新型专利技术实施例公开了一种图形化复合衬底和LED外延片。该图形化复合衬底包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。本实用新型专利技术实施例解决了现有图形化复合衬底内量子效率和光提取效率仍较低的问题，一方面能够改善外延材料的晶体质量，提升内量子效率，另一方面可以增大光反射角，提升光的提取效率，有助于改善对应制备的LED芯片的出光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化复合衬底和LED外延片
本技术实施例涉及半导体制造
，尤其涉及一种图形化复合衬底和LED外延片。
技术介绍
因蓝宝石材料具有物化稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术成熟等优点，是最普遍的GaN生长衬底。然后，由于GaN与蓝宝石存在较大的晶格失配与热失配，使得蓝宝石衬底上生长的GaN位错与缺陷密度大，最终对LED器件的发光效率与寿命造成不良影响。随着技术的发展，图形化蓝宝石衬底(PSS)表现出明显的优势。一方面，PSS结构通过在蓝宝石表面制备细微结构，改变了GaN的生长过程，使晶格失配位错在图形底部生长区域发生弯曲并合拢，有效抑制了缺陷向外延表面的延伸，能够降低外延层应力、改善晶体生长质量，从而降低非辐射跃迁、减少非辐射复合中心、提高LED内量子效率；另一方面，图形化了的GaN/蓝宝石界面能够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，能有效提高光提取效率。综合而言，PSS器件外量子效率因内量子效率与光提取效率的提高而改善。伴随着产业的发展，消费端对LED外量子效率的要求越来越高，传统图形衬底必须从材料与结构两大方面入手，进一步提升内量子效率与光提取效率以满足市场需求。
技术实现思路
本技术提供一种图形化复合衬底和LED外延片，以改善外延材料的晶体质量、提升内量子效率，同时有助于增大光反射角，提升出光提取效率。第一方面，本技术实施例提供了一种图形化复合衬底，包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。可选地，每一个所述复合微结构中，所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有多个凹洞，所述多个凹洞以正多边形的顶点周期性排布，或者，所述多个凹洞以正多边形的顶点和中心点周期性排布。可选地，所述凹洞的排布周期为0.5-3.0μm，开口的宽度为0.1-2.0μm，深度为0.1-1.5μm。可选地，所述凹洞的深度与所述衬底层的厚度的比例范围为50％-300％。可选地，所述衬底层的厚度与所述复合微结构的高度的比例范围为10％-80％。可选地，所述凹洞为倒立的多边形椎体、圆锥体、椭圆锥体、圆柱、圆台或球冠。可选地，每一个所述复合微结构中，所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凸起，所述凸起为多边形椎体、圆锥体、椭圆锥体、圆柱、圆台或球冠。可选地，所述衬底层的厚度占所述凸起的高度和所述衬底层的厚度之和的比例范围为5％-20％。可选地，所述凸起的底面的宽度为0.2-3μm，高度为0.12-2.5μm。可选地，所述复合微结构为多边形椎体、圆锥体、椭圆椎体、圆柱、圆台或球冠，或者，所述复合微结构为类多边形椎体，类圆锥体、类椭圆椎体，所述复合微结构的侧壁具有弧度。可选地，所述复合微结构的底面的宽度为0.3-5.0μm，高度为0.2-3.5μm。可选地，所述异质层的材料为氧化物、氮化物、碳化物和单质的至少一种。第二方面，本技术实施例还提供了一种LED外延片，包括如第一方面任一项所述的图形化复合衬底，还包括形成于所述图形化复合衬底上的外延层。本技术实施例提供的图形化复合衬底和LED外延片，通过在衬底基板上形成多个复合微结构，复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，衬底层与衬底基板为一体结构；并且，衬底层与异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，异质层与衬底层构成复合微结构凸起，可以一方面利用复合微结构上层的异质层，抑制外延材料在衬底的微结构侧面的生长，改善外延材料的晶体质量，提升内量子效率，另一方面可以利用异质层和衬底层的折射率差，以及异质层和衬底层的相交界面的凹洞，增大光反射角，从而提升光的提取效率，有助于改善对应制备的LED芯片的出光效率。附图说明图1是本技术实施例提供的一种图形化复合衬底的结构示意图；图2是图1所示图形化复合衬底的俯视图；图3和图4是本技术实施例提供的另两种图形化复合衬底的结构示意图；图5和图6是本技术实施例提供的另两种图形化复合衬底的俯视图；图7是本技术实施例提供的一种LED外延片的结构示意图；图8是本技术实施例提供的一种图形化复合衬底的制备方法流程图；图9是图8所示图形化复合衬底的制备方法结构流程图；图10是本技术实施例提供的另一种图形化复合衬底的制备方法流程图；图11是图10所示图形化复合衬底的制备方法结构流程图；图12是图3所示图形化复合衬底的制备方法结构流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。图1是本技术实施例提供的一种图形化复合衬底的结构示意图，图2是图1所示图形化复合衬底的俯视图，参考图1和图2，该图形化复合衬底包括衬底基板10、位于衬底基板10上的多个复合微结构11，复合微结构11包括上下层叠的异质层112和衬底层111，衬底层111与衬底基板10为一体结构；衬底层111与异质层112相交界的表面设置有至少一个凹洞1111，异质层112与衬底层111构成复合微结构凸起。其中，该图形化复合衬底上表面用于生长外延层，外延材料在平整的C面上成核继而生长成外延层。在衬底基板10上形成复合微结构11，可以减少衬底基板10用于生长外延的C面面积，减少外延生长时产生的缺陷，从而降低位错密度，保证外延层质量。该复合微结构11中的异质层112采用异质材料制备而成，该异质材料实质是相对于衬底基板10以及外延层材料例如氮化镓而言，即异于衬底基板10和外延材料的材料。由于外延材料在该异质材料上生长困难，即异质材料具备抑制外延材料生长的作用。此时，由异质材料制成的复合微结构11能够抑制外延材料在微结构11的侧面生长，有助于外延材料的位错沿微结构的侧面弯曲以及在微结构顶部的合拢，从而有助于避免外延材料在微结构侧面和顶部生长时导致的外延层应力集中，有助于改善外延生长质量。需要说明的是，异质层112为复合微结构11的上半部，而衬底层111则是复合微结构11的下半部，其实质是对异质层112进行刻蚀时，进一步对衬底基板10的表面进行刻蚀而形成。因而，衬底层111和衬底基板10实质为一体结构。此外，衬底层111和异质层112的相交界的表面设置的多个凹洞，是在形成异质层112之前，在衬底基板10上通过光刻工艺预先刻蚀而成。通过适当调整光刻工艺的蚀刻条件和掩膜，可以对凹洞的深度、开口等尺寸形状以及位置进行控制。复合微结构11的内部形成多个凹洞，有助于改变衬底层111和异质层112界面的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图形化复合衬底，其特征在于，包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；/n所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。/n

【技术特征摘要】
1.一种图形化复合衬底，其特征在于，包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；
所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。


2.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，每一个所述复合微结构中，所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有多个凹洞，所述多个凹洞以正多边形的顶点周期性排布，或者，所述多个凹洞以正多边形的顶点和中心点周期性排布。


3.根据权利要求2所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述凹洞的排布周期为0.5-3.0μm，开口的宽度为0.1-2.0μm，深度为0.1-1.5μm。


4.根据权利要求2所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述凹洞的深度与所述衬底层的厚度的比例范围为50％-300％。


5.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述衬底层的厚度与所述复合微结构的高度的比例范围为10％-80％。


6.根据权利要求2所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述凹洞为倒立的多边形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑桥，吴伟，康凯，肖桂明，杨锤，
申请(专利权)人：广东中图半导体科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44