一种图形化衬底、制备方法及LED外延结构技术

本申请提供一种图形化衬底、制备方法及LED外延结构，方法包括：提供一层衬底，在衬底上生长一层AlON缓冲层；在AlON缓冲层上交替生长AlOx和AlNy，得到分布式布拉格反射镜DBR薄膜，其中，x为AlOx中O的掺杂浓度，y为AlNy中N的掺杂浓度；对DBR薄膜进行图形化处理，得到图形化衬底。设置AlON缓冲层，有效减少GaN外延材料的位错密度，增强内量子效应，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命。设置图形化处理的DBR薄膜，有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。从而提高了光的提取效率。从而提高了光的提取效率。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化衬底、制备方法及LED外延结构


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种图形化衬底、制备方法及LED外延结构。

技术介绍

[0002]发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED是前景广阔的新一代光源，正在被迅速广泛地应用在如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、户内外显示屏和小间距显示屏等领域。
[0003]相关技术中，发光二极管外延片是在晶体结构匹配的单晶材料上生长出来的半导体薄膜，对外延片进行工艺加工可形成芯片，芯片封装后即为发光二极管。传统的LED外延片至少包括蓝宝石AL2O3衬底以及生长在衬底上的氮化镓GaN层，由于AL2O3与GaN层之间存在高达13.8％的晶格失配，例如，形成大量位错，这些位错包括螺型位错，刃型位错和混合位错等。这些位错会进一步形成穿透位错，延伸到发光结构，严重影响到发光层的电子和空穴复合效率，最终导致LED的发光效率变低。
[0004]基于上述原因，亟需一种能够中断底层位错的延伸，有效降低错位的衬底结构。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种图形化衬底、制备方法及LED外延结构，以解决由于错位导致发光效果低的问题。
[0006]本申请第一方面提供一种图形化衬底的制备方法，包括：提供一层衬底，所述衬底为Al2O3衬底；
[0007]在所述衬底上生长一层AlON缓冲层；
[0008]在所述AlON缓冲层上交替生长AlOx和AlNy，得到由所述AlOx和AlNy的周期性结构组成的分布式布拉格反射镜DBR薄膜，其中，所述x为所述AlOx中O的掺杂浓度，所述y为所述AlNy中N的掺杂浓度，所述x为0～100％，所述y为0～100％；
[0009]对所述DBR薄膜进行图形化处理，得到图形化衬底。
[0010]本申请一些实施例中，采用气相沉积的方法在所述衬底上溅镀所述AlON缓冲层，所述AlON缓冲层的厚度小于0.1um。
[0011]本申请一些实施例中，采用气相沉积的方法在所述AlON缓冲层上溅镀所述AlOx和AlNy的周期性结构，所述AlOx和AlNy的周期性结构的周期数量大于或等于10，且小于或等于1000。
[0012]本申请一些实施例中，所述DBR薄膜中每层所述AlOx的厚度小于100nm，每层所述AlNy的厚度小于100nm。
[0013]本申请一些实施例中，所述周期性结构的生长温度为500～650℃。
[0014]本申请一些实施例中，所述DBR薄膜的高度小于2um。
[0015]本申请一些实施例中，所述DBR薄膜为锥形结构，所述锥形结构靠近所述AlON缓冲层一端的宽度大于远离所述AlON缓冲层一端的宽度。
[0016]本申请一些实施例中，所述对所述DBR薄膜图形化处理，得到图形化衬底，包括：
[0017]采用纳米压印、黄光显影
‑
白光刻蚀的方法对所述DBR薄膜图形化处理，得到所述图形化衬底。
[0018]本申请第二方面提供一种图形化衬底，由上述第一方面的方法制备得到，包括：
[0019]衬底；
[0020]AlON缓冲层，所述AlON缓冲层位于所述衬底上；
[0021]DBR薄膜，所述DBR薄膜位于所述AlON缓冲层上；
[0022]其中，所述DBR薄膜由在所述AlON缓冲层上交替生长的周期性结构进行图形化处理得到，所述周期性结构由AlOx和AlNy组成，所述x为所述AlOx中O的掺杂浓度，所述y为所述AlNy中N的掺杂浓度，所述x为0～100％，y为0～100％。
[0023]本申请第三方面提供一种LED外延结构，包括第二方面提供的图形化衬底。
[0024]本申请的有益技术效果：
[0025]通过设置AlON缓冲层，可以有效减少GaN外延材料的位错密度，增强内量子效应，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命。通过设置图形化处理的DBR薄膜，有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高光的提取效率。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0027]图1为本申请实施例提供的一种图形化衬底的制备方法的流程示意图；
[0028]图2为本申请实施例提供的一种图形化衬底的结构示意图；
[0029]图3为本申请实施例提供的一种LED外延结构的结构示意图。
具体实施方式
[0030]下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
[0031]为便于对申请的技术方案的理解，以下首先在对本申请实施例所涉及到的一些概念进行说明。
[0032]气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
[0033]溅镀，在真空环境下，通入适当的惰性气体作为媒介，靠惰性气体加速撞击靶材，使靶材表面原子被撞击出来，并在表面形成镀膜。
[0034]DBR(distributed Bragg reflection)又叫分布式布拉格反射镜，是由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
[0035]晶格失配，是指由于衬底和外延层的晶格常数不同而产生的失配现象。当在某种单晶衬底上生长另一种物质的单晶层时，由于这两种物质的晶格常数不同，会在生长界面附近产生应力，进而产生晶体缺陷失配位错。
[0036]量子效应是在超低温等某些特殊条件下，由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。
[0037]电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)刻蚀是一种被广泛使用的技术，可提供高速率、高选择比以及低损伤的刻蚀。等离子体能够在低气压下保持稳定，因此能够更好地控制刻蚀形貌。
[0038]图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)，也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长氮化镓GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括提供一层衬底，所述衬底为Al2O3衬底；在所述衬底上生长一层AlON缓冲层；在所述AlON缓冲层上交替生长AlOx和AlNy，得到由所述AlOx和AlNy的周期性结构组成的分布式布拉格反射镜DBR薄膜，其中，所述x为所述AlOx中O的掺杂浓度，所述y为所述AlNy中N的掺杂浓度，所述x为0～100％，所述y为0～100％；对所述DBR薄膜进行图形化处理，得到图形化衬底。2.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，采用气相沉积的方法在所述衬底上溅镀所述AlON缓冲层，所述AlON缓冲层的厚度小于0.1um。3.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，采用气相沉积的方法在所述AlON缓冲层上溅镀所述AlOx和AlNy的周期性结构，所述AlOx和AlNy的周期性结构的周期数量大于或等于10，且小于或等于1000。4.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述DBR薄膜中每层所述AlOx的厚度小于100nm，每层所述AlNy的厚度小于100nm。5.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，陈传国，徐志军，
申请(专利权)人：聚灿光电科技宿迁有限公司，
类型：发明
国别省市：