图形化复合衬底及发光元件制造技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种图形化复合衬底及发光元件。图形化复合衬底，包括衬底本体和凸起于衬底本体上表面的周期性复合结构，所述复合结构包括堆叠设置的类多棱台和类多棱锥，所述复合结构的占空比F满足0.80＜F≤0.985。本发明专利技术的图形化复合衬底，通过图形化设置，增大图形的占空比，尤其是类多棱锥部分的侧面积大幅增加，可显著增加LED内部光的反射面积，进一步提高LED器件的出光效率等；并且兼顾保证可工艺性及降低间距区域，有利于实现更好的侧向外延效果，降低外延层如GaN材料的位错密度，提高晶体质量。提高晶体质量。提高晶体质量。

【技术实现步骤摘要】
图形化复合衬底及发光元件


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种图形化复合衬底及发光元件。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体，是国内外研究的热点，蓝宝石作为异质外延GaN的衬底材料，具有良好的物理性质和化学性质，且生产技术成熟，是目前异质外延GaN应用最广泛的材料之一。
[0003]然而，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芯片的发光效率与寿命造成不良影响。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供图形化复合衬底，以解决现有技术中存在的出光效率低和外延晶体质量较差等的技术问题。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供发光元件。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]图形化复合衬底，包括衬底本体和凸起于衬底本体上表面的周期性复合结构，所述复合结构包括堆叠设置的类多棱台和类多棱锥；相邻所述复合结构的占空比F满足0.80＜F≤0.985。
[0009]在本专利技术的具体实施方式中，所述类多棱台与所述类多棱锥的材质不同；所述类多棱台的材质为蓝宝石、Si或SiC；所述类多棱锥的材质为SiO2、TiO2、Si3N4、SiC、ZnO、GaAs、Ga2O3和GaN材料中的任一种或多种。进一步的，所述衬底本体的材质与所述类多棱台材质相同。所述衬底本体与所述类多棱台为一体结构。
[0010]在本专利技术的具体实施方式中，所述周期性复合结构的周期P满足1.5μm＜P≤5.0μm。
[0011]在本专利技术的具体实施方式中，沿平行于所述衬底本体上表面方向的所述复合结构的横截面为类多边形。进一步的，所述类多边形为类正多边形。
[0012]在本专利技术的具体实施方式中，在沿俯视方向透视时，所述复合结构中，所述类多棱台的底面边缘和所述类多棱锥的底面边缘分别形成第一类多边形和第二类多边形。进一步的，所述第一类多边形和所述第二类多边形均为类正多边形。
[0013]在本专利技术的具体实施方式中，所述第一类多边形的每一条边包括第一弧部C1和第一连结部M1；所述第二类多边形的每一条边包括第二弧部C2和第二连结部M2；所述第一弧部C1和所述第二弧部C2均向远离中心的方向凸出。
[0014]在本专利技术的具体实施方式中，所述第一弧部C1的曲率半径ρ1和所述第二弧部C2的曲率半径ρ2满足ρ1＞ρ2＞0。
[0015]在本专利技术的具体实施方式中，所述第一弧部C1的曲率半径ρ1满足：(L1
‑
R1)/2＜ρ1
＜R1，其中，R1为所述第一类多边形的内切圆半径，L1为所述第一类多边形的外接圆半径。
[0016]在本专利技术的具体实施方式中，所述第二弧部C2的曲率半径ρ2满足：(L2
‑
R2)/2＜ρ2＜R2，其中，R2为所述第二类多边形的内切圆半径，L2为所述第二类多边形的外接圆半径。
[0017]在本专利技术的具体实施方式中，一个复合结构的第一类多边形和第二类多边形中，相邻设置的所述第一连结部M1与所述第二连结部M2之间的距离小于相邻设置的所述第一弧部C1与所述第二弧部C2之间的最大距离。
[0018]在本专利技术的具体实施方式中，相邻的所述复合结构具有近似平行的底面边缘。
[0019]在本专利技术的具体实施方式中，所述类多棱台包括一顶部、一底部及一倾斜侧壁，所述倾斜侧壁与所述底部的夹角θ满足45
°
≤θ＜90
°
，所述类多棱台的高度h1满足0＜h1≤500nm；所述类多棱锥的高度h2满足500nm≤h2≤2500nm。
[0020]在本专利技术的具体实施方式中，所述类多棱锥包括一顶部、一底部及一倾斜侧壁，所述倾斜侧壁的剖面包含一向外凸起的弧部，且所述弧部具有一弦部，所述弧部与所述弦部之间的最大距离R为80nm～400nm。
[0021]本专利技术还提供了发光元件，其包括上述任意一种所述图形化复合衬底和在所述图形化复合衬底外延上的发光层，该发光层包含第一半导体层、多量子阱层以及第二半导体层。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023](1)本专利技术的图形化复合衬底，通过图形化设置，增大图形的占空比，尤其是类多棱锥部分的侧面积大幅增加，可显著增加LED内部光的反射面积，进一步提高LED器件的出光效率等；
[0024](2)本专利技术的图形化复合衬底，兼顾保证可工艺性及降低间距区域，有利于实现更好的侧向外延效果，降低外延层如GaN材料的位错密度，提高晶体质量。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的俯视示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的第一类六边形和第二类六边形的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的沿中心轴的垂直剖面的结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的实物SEM俯视图；
[0031]图6为本专利技术实施例1提供的图形化复合衬底的实物SEM侧视图；
[0032]图7为本专利技术实施例2提供的图形化复合衬底在沿俯视方向的结构示意图；
[0033]图8为本专利技术实施例2提供的图形化复合衬底的第一类正方形和第二类正方形的结构示意图；
[0034]图9为比较例1的图形化复合衬底的结构示意图；
[0035]图10为比较例1的图形化复合衬底的实物SEM俯视图(a)和侧视图(b)；
[0036]图11为本专利技术实施例提供的图形化复合衬底LED芯片与常规图形化复合衬底衬底LED芯片的光通量曲线比较。
[0037]附图标记：
[0038]1‑
衬底本体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
复合结构；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21
‑
类多棱台；
[0039]22
‑
类多棱锥；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
23
‑
第一类多边形；
ꢀꢀ
24
‑
第二类多边形；
[0040]25弧部；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
26
‑
弦部。
具体实施方式
[0041]下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.图形化复合衬底，其特征在于，包括衬底本体和凸起于衬底本体上表面的周期性复合结构，所述复合结构包括堆叠设置的类多棱台和类多棱锥；所述复合结构的占空比F满足0.80＜F≤0.985。2.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述类多棱台与所述类多棱锥的材质不同；优选的，所述类多棱台的材质为蓝宝石、Si或SiC；所述类多棱锥的材质为SiO2、TiO2、Si3N4、SiC、ZnO、GaAs、Ga2O3和GaN材料中的任一种或多种。3.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述周期性复合结构的周期P满足1.5μm＜P≤5.0μm。4.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，沿平行于所述衬底本体上表面方向的所述复合结构的横截面为类多边形。5.根据权利要求1所述的图形化复合衬底，其特征在于，在沿俯视方向透视时，所述复合结构中，所述类多棱台的底面边缘和所述类多棱锥的底面边缘分别形成第一类多边形和第二类多边形。6.根据权利要求5所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述第一类多边形的每一条边包括第一弧部C1和第一连结部M1；所述第二类多边形的每一条边包括第二弧部C2和第二连结部M2；所述第一弧部C1和所述第二弧部C2均向远离中心的方向凸出。7.根据权利要求6所述的图形化复合衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：付星星，宋长伟，程志青，刘鹏，孙帅，王乐浩，芦玲，
申请(专利权)人：淮安澳洋顺昌光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：