一种图形化衬底、发光二极管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种图形化衬底、发光二极管及制备方法，在一实施例中，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面上的若干个周期性紧密排布的图形结构，图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，相邻的图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。由此，本发明专利技术所述的图形化衬底及发光二级管能够有效降低磊晶面的面积和位错密度，提高发光效率；并能够进一步增加光的散射效率，增加LED的亮度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种图形化衬底、发光二极管及制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种图形化衬底、发光二极管及制备方法。
技术介绍
由于异质衬底和外延材料存在晶格失配和热膨胀系数失配问题，所以异质外延材料的内部具有很高的位错密度，这样会引起载流子泄露，从而降低内量子效率。为了抑制位错的产生及滑移，得到低位错密度、高晶体质量的外延层，现有技术中发展了图形化衬底技术。图形化衬底技术通过在异质衬底表面制作具有细微结构的图形，然后在这种图形化的衬底表面进行LED材料外延。图形化的界面改变了外延材料的生长过程，能抑制缺陷向外表面延伸，提高器件的内量子效率。一般地，图形化衬底的磊晶面占比越少，其外延层的位错密度越低，LED亮度越高。但是，目前的图形化衬底的磊晶面占比下降受限；并且当磊晶面面积过少时，容易导致磊晶困难，不利于外延出高质量的外延层。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中至少一个技术问题，本专利技术提供一种图形化衬底、发光二极管及制备方法，能够进一步降低磊晶面的占比，并保证外延磊晶的质量，提高发光器件的内量子效率和光提取效率。本专利技术所采用的技术方案具体如下：根据本专利技术的一个方面，提供一种图形化衬底，图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面上的若干个周期性紧密排布的图形结构，图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，相邻的图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。可选地，第一部分的顶部的横截面积等于第二部分的底部的横截面积。可选地，第一部分形成为多棱台，第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。可选地，第二部分为多棱锥或多棱台。可选地，多棱锥或多棱台的侧棱与底面的夹角为30°～90°。可选地，第一部分的高度占整个图形结构高度的0％～100％。可选地，形成图形结构的第一部分和第二部分的材料不同，其中形成第一部分的材料与衬底的材料相同。可选地，形成第二部分的材料为形核抑制材料。可选地，形成的形核抑制材料为透明不吸光材料，透明不吸光材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。可选地，所述图形结构之间暴露出的所述衬底的磊晶面占所述图形化衬底的表面的比例小于14％。根据本专利技术的一个方面，提供一种图形化衬底的制备方法，包括：提供一衬底，在衬底的表面上形成若干个图形结构，图形结构在衬底表面呈周期性紧密排布；其中，图形结构包括位于衬底的表面的第一部分以及位于第一部分的上方的第二部分，相邻的图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。可选地，第一部分的顶部的截面面积等于第二部分的底部的截面面积。可选地，第一部分形成为多棱台，第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。可选地，第二部分形成为多棱锥或多棱台。可选地，多棱锥或多棱台的侧棱与底面的夹角为30°～90°。可选地，第一部分的高度占整个图形结构高度的0％～100％。可选地，在衬底的表面上形成若干个图形结构，包括：在衬底的表面形成第二材料层，第二材料层不同于衬底的材料；在第二材料层上方形成掩膜层；在掩膜层的遮挡下刻蚀第二材料层及部分衬底，第二材料层形成第二部分，部分衬底形成第一部分。可选地，第二材料层为形核抑制材料。可选地，形成的形核抑制材料为透明不吸光材料，所述透明不吸光材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。可选地，所述图形结构之间暴露出的所述衬底的磊晶面占所述图形化衬底的表面的比例小于14％根据本专利技术的一个方面，提供一种发光二极管，包括衬底以及形成在衬底表面的外延层，衬底为上述方案中任一方案中的图形化衬底，外延层形成在图形化衬底具有图形结构的一面上。可选地，外延层包括依次形成在图形化衬底具有图形的一面的第一半导体层、有源层和与第一半导体层类型相反的第二半导体层。根据本专利技术的一个方面，提供一种发光二极管的制备方法，包括：提供一衬底，在衬底的表面上形成若干个周期性紧密排布的图形结构；其中，形成图形结构包括在衬底的表面形成第一部分以及在第一部分的上方的形成第二部分，使得相邻的图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm；在图形化衬底具有图形结构的一面形成外延层。可选地，图形结构之间暴露出的衬底的磊晶面占图形化衬底的表面的比例小于14％。可选地，在图形化衬底上依次制备由第一半导体层、有源层和与第一半导体层类型相反的第二半导体层组成的外延层。与现有技术相比，本专利技术所述的图形化衬底、发光二极管及制备方法至少具备如下有益效果：本专利技术的图形化衬底包括衬底以及形成在衬底表面上的若干个周期性紧密排布的图形结构，图形结构包括形成于衬底的表面的第一部分以及形成在第一部分上方的第二部分，相邻的图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。该种结构包括多个具有一定角度的面，能够增加光的散射概率，提高光的提取效率；并且，由于磊晶面积占比较小，能够在一定程度上降低磊晶的位错密度；进一步地，图形结构包括折射率较高的多棱台和折射率较低的多棱锥的材料，该折射率的差值较大，能够增加光的反射效率和出光效果；并且，多棱锥的材料为不易使外延层形核的材料，进一步降低外延磊晶的位错密度，增加LED亮度；而沿多棱台生长的外延磊晶产生的横向位错能够通过相邻两图形间产生的位错相抵消，进而能够减少位错，提高磊晶的质量。本专利技术所述的发光二极管包括本专利技术中的图形化衬底，因而获得的发光二极管的亮度大大提升。综上，本专利技术所述的图形化衬底、发光二极管能够有效的降低磊晶面的面积，降低位错密度，提高发光效率；并且，图形化衬底的图形结构具备多个面，能够进一步增加光的散射效率，提高光的提取效率，进而提高LED的亮度。附图说明图1a为本专利技术实施例1的图形化衬底的俯视图；图1b为图1a沿A-A方向的剖面视图；图2为本专利技术实施例1或2中图形化衬底中衬底暴露的磊晶面在图形化衬底中的占比示意图；图3为本专利技术实施例1中一实施例的图形化衬底的AFM照片；图4a-4b为本专利技术实施例1中一实施例的图形化衬底的SEM照片；图5a-5f为本专利技术实施例2中的图形化衬底的制备方法流程图；图6为本专利技术实施3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图形化衬底，其特征在于，所述图形化衬底包括衬底以及形成在所述衬底表面上的若干个周期性紧密排布的图形结构，所述图形结构包括形成于所述衬底的表面的第一部分以及形成在所述第一部分上方的第二部分，相邻的所述图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种图形化衬底，其特征在于，所述图形化衬底包括衬底以及形成在所述衬底表面上的若干个周期性紧密排布的图形结构，所述图形结构包括形成于所述衬底的表面的第一部分以及形成在所述第一部分上方的第二部分，相邻的所述图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。


2.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述第一部分的顶部的横截面积等于所述第二部分的底部的横截面积。


3.根据权利要求1或2所述的图形化衬底，其特征在于，所述第一部分形成为多棱台，所述第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。


4.根据权利要求3所述的图形化衬底，其特征在于，所述第二部分为多棱锥或多棱台。


5.根据权利要求4所述的图形化衬底，其特征在于，所述多棱锥或多棱台的侧棱与底面的夹角为30°～90°。


6.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述第一部分的高度占整个所述图形结构高度的0％～100％。


7.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，形成所述图形结构的第一部分和第二部分的材料不同，其中形成所述第一部分的材料与所述衬底的材料相同。


8.根据权利要求7所述的图形化衬底，其特征在于，形成所述第二部分的材料为形核抑制材料。


9.根据权利要求8所述的图形化衬底，其特征在于，形成的所述形核抑制材料为透明不吸光材料，所述透明不吸光材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。


10.根据权利要求1所述的图形化衬底，其特征在于，所述图形结构之间暴露出的所述衬底的磊晶面占所述图形化衬底的表面的比例小于14％。


11.一种图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，
在所述衬底的表面上形成若干个图形结构，所述图形结构在所述衬底表面呈周期性紧密排布；
其中，所述图形结构包括位于所述衬底的表面的第一部分以及位于所述第一部分的上方的第二部分，相邻的所述图形结构之间的最小距离小于或等于0.1μm。


12.根据权利要求11所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述第一部分的顶部的截面面积等于所述第二部分的底部的截面面积。


13.根据权利要求11或12所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述第一部分形成为多棱台，所述第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。


14.根据权利要求13所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述第二部...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬彬，霍曜，苏贤达，李瑞评，吴福仁，王兴林，梅晓阳，
申请(专利权)人：福建晶安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35