一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法，该图形化蓝宝石衬底包括基底和在基底表面形成的由SiOF和Al2O3组合的复合反射层，由于复合反射层的宽度朝远离基底方向逐渐减小，在接触的界面更有利于光的发射，另外，引入SiOF导致的材料折射率的降低，将更加有利于光在图形衬底表面的漫反射，增大光射出器件的概率，最终达到提高LED出光效率的目的。最终达到提高LED出光效率的目的。最终达到提高LED出光效率的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法。

技术介绍

[0002]LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种固态照明光源，它的原理是将电能转化为光能。LED具有寿命长、控制方便、高效能等优点，属于典型的绿色能源。
[0003]PSS（Patterned Sapphire Substrate，图形化蓝宝石衬底），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（Inductively Couple Plasma，电感耦合等离子体）刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。图形化蓝宝石衬底可以增加LED的光输出功率及发光效率。由于GaN材料折射率高于蓝宝石衬底以及外部封装树脂，有源区产生的光子在GaN层上下两个界面处发生多次全反射，降低了器件的光提取效率，图形化蓝宝石衬底还可以增大GaN/蓝宝石界面面积，同时在界面处可以形成漫反射，使得原来形成全反射的光子有几率射到器件外，从而提高LED的出光效率。
[0004]为提高LED光亮度，通常需要在蓝宝石衬底上刻蚀出锥形图案，增加衬底的光漫射面。在外延时，GaN会在蓝宝石衬底的锥形图案中势能较低的C面成核后纵向、侧向生长晶体，但由于外延温度较高（1100℃），当结束外延生长恢复到室温后，在GaN和蓝宝石的锥形斜面之间会产生很大的热应力，会降低晶体质量，从而降低LED内的量子效率，降低发光效率，所以最终导致LED的出光效率并没有显著提升。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法，旨在解决现有技术中，采用图形化蓝宝石衬底提高LED的出光效率效果不佳的问题。
[0006]根据本专利技术实施例当中的一种图形化蓝宝石衬底，包括基底和在所述基底表面形成的复合反射层，其中，所述复合反射层的宽度朝远离所述基底方向逐渐减小，所述复合反射层包括依次设于基底表面的第一子层和第二子层，所述基底和所述第一子层的材料均为Al2O3，所述第二子层的材料为SiOF，所述第二子层的折射率小于所述第一子层的折射率，所述第二子层的厚度大于等于所述第一子层的厚度，且所述第二子层与所述第一子层的厚度比为1~5:1。
[0007]进一步的，所述第二子层的折射率为1.25~1.47。
[0008]进一步的，所述第二子层的厚度为1μm~4μm。
[0009]进一步的，所述复合反射层的最大宽度为1μm~2.5μm。根据本专利技术实施例当中的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，用于制备上述的图形化蓝宝石衬底，所述制备方法包括：在蓝宝石平片表面涂覆反射膜层；在反射膜层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，并采用纳米压印技术形成掩膜图形；
在光刻胶层的保护下刻蚀反射膜层和基底，将掩膜图形转移至反射膜层和蓝宝石平片，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底；其中，蓝宝石平片中未被刻蚀的部分为基底，被刻蚀的部分为第一子层，所述反射膜层的材料为SiOF，刻蚀后的反射膜层为第二子层，在所述基底上依次层叠的所述第一子层和所述第二子层组成复合反射层，所述复合反射层的宽度朝远离所述为基底方向逐渐减小，所述第二子层的折射率小于所述第一子层的折射率，所述第二子层的厚度大于等于所述第一子层的厚度，且所述第二子层与所述第一子层的厚度比为1~5:1。
[0010]进一步的，所述在蓝宝石平片表面涂覆反射膜层的步骤中，将蓝宝石平片放入PECVD设备腔体内，控制PECVD设备腔体内的压强为1500 Pa~3000Pa，射频功率为500W~2000W，温度为250℃~350℃，并控制SiH4、N2O、N2以及C2F6的通入，其中，SiH4浓度为100%，SiH4：N2O：C2F6为1:25~60:1~5。进一步的，所述在反射膜层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，并采用纳米压印技术形成掩膜图形的步骤包括：将带有反射膜层的蓝宝石平片放入匀胶机中，旋涂负性光刻胶，匀胶完成后，放置烤箱中进行烘烤，去除溶剂，烘烤完成后，自然冷却至常温，以得到光刻胶层；将AB胶滴至具有掩膜图形的母模板上，依次经过真空处理以及加热固化冷却后，得到具有掩膜图形的软模板；将带有光刻胶层的蓝宝石平片和软模板放入压印机中，并控制光刻胶层与软模板接触，以将软模板上的掩膜图形转移至蓝宝石平片的光刻胶层。
[0011]进一步的，所述在光刻胶层的保护下刻蚀反射膜层和基底，将掩膜图形转移至反射膜层和蓝宝石平片，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底的步骤中，将具有掩膜图形的蓝宝石平片放入ICP干法刻蚀设备中进行刻蚀，其中，控制BCl3气体和CHF气体按预设流量输入，控制ICP干法刻蚀设备内上电极功率为500W～2000W，下电极功率为150W～800W，内部压强的调控范围为2.5mT～4mT，冷却温度的调控范围为20℃～40℃，He气压强的调控范围为3T～6T。
[0012]进一步的，CHF气体与BCl3气体的输入流量比范围为0%～30%。
[0013]与现有技术相比：通过在Al2O3基底，即蓝宝石衬底上，沉积一层含氟的氧化硅薄膜，利用了不同折射率材料在接触的界面出会出现反射的现象，通过引入漫反射，让光更多的透射出来从而提高LED的光萃取效率，具体的，最终衬底上部的由SiOF和Al2O3组合的复合反射层，由于复合反射层的宽度朝远离基底方向逐渐减小，在接触的界面更有利于光的发射，另外，引入SiOF导致的材料折射率的降低，将更加有利于光在图形衬底表面的漫反射，增大光射出器件的概率，最终达到提高LED出光效率的目的。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的一种图形化蓝宝石衬底某一视角的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0015]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中
给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0016]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0017]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0018]参考图1，为本专利技术实施例提供的一种图形化蓝宝石衬底某一视角的结构示意图，该图形化蓝宝石衬底包括基底1和在基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图形化蓝宝石衬底，其特征在于，包括基底和在所述基底表面形成的复合反射层，其中，所述复合反射层的宽度朝远离所述基底方向逐渐减小，所述复合反射层包括依次设于基底表面的第一子层和第二子层，所述基底和所述第一子层的材料均为Al2O3，所述第二子层的材料为SiOF，所述第二子层的折射率小于所述第一子层的折射率，所述第二子层的厚度大于等于所述第一子层的厚度，且所述第二子层与所述第一子层的厚度比为1~5:1。2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于，所述第二子层的折射率为1.25~1.47。3.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于，所述第二子层的厚度为1μm~4μm。4.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于，所述复合反射层的最大宽度为1μm~2.5μm。5.一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
‑
4任一项所述的图形化蓝宝石衬底，所述制备方法包括：在蓝宝石平片表面涂覆反射膜层；在反射膜层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，并采用纳米压印技术形成掩膜图形；在光刻胶层的保护下刻蚀反射膜层和基底，将掩膜图形转移至反射膜层和蓝宝石平片，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底；其中，蓝宝石平片中未被刻蚀的部分为基底，被刻蚀的部分为第一子层，所述反射膜层的材料为SiOF，刻蚀后的反射膜层为第二子层，在所述基底上依次层叠的所述第一子层和所述第二子层组成复合反射层，所述复合反射层的宽度朝远离所述为基底方向逐渐减小，所述第二子层的折射率小于所述第一子层的折射率，所述第二子层的厚度大于等于所述第一子层的厚度，且所述第二子层与所述第一子层的厚度比为1~5:1。6.根据权利要求5所述的图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：文国昇，郭文凯，田晓强，林冠宏，崔思远，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：