一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法技术

本发明专利技术属于固态照明领域，特别是一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，具体方法是把均匀分散的氧化硅纳米球溶液滴在经洁净处理蓝宝石衬底上，使用匀胶机把氧化硅纳米球均匀单层涂覆在蓝宝石衬底表面；以涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ICP刻蚀处理，刻蚀分二步，先用BCl3气体刻蚀出纳米图形化衬底图形深度，再用BCl3、Cl2、Ar气体刻蚀出纳米图形化衬底图形宽度；刻蚀完成将蓝宝石衬底取出，经腐蚀、清洗干净后，烘干待用。本发明专利技术可以有效地降低LED芯片中的位错密度，避免裂纹的产生，提高外延材料的晶体质量和均匀性，增加了LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，进而能提高LED芯片的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固态照明领域，特别是一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法。
技术介绍
照明一直与人类社会文明和进步紧密的联系在一起，从原始社会火的使用，到 1886年爱迪生专利技术了白炽灯，继而日光灯广泛的应用于工业、民用照明。使人类的生产、社会活动时间延续到了全天、极大的推动了人类的文明进程。但是，目前以日光灯为代表的照明光源存在着一系列的缺陷，比如发光效率低、消耗能量多、使用寿命短、产生汞等重金属有毒废弃物，远远不能满足现代社会对高效、节能、环保的照明技术理念。因此，亟待一种全新的照明光源加以解决。自从50多年前发光二极管LED (Light Emitting Diode)问世以来，在节能和寿命方面都表现出了巨大的潜能，人们一直希望其成为新一代的固态照明光源，但由于无法得到高效的蓝光发射，很长时间没有实现白光LED。1996年，日本日亚公司首次成功地研制出氮化镓(GaN) LED,实现了蓝色半导体发光，该突破使得LED形成了三基色完备的发光体系，构成了实现白光LED的研究基础。近年来，以GaN为代表的III-IV族氮化物的发展，促进了半导体固态照明的发展。 III-IV族氮化物覆盖了从紫外到远红外的发光波长，并且在整个组分范围内都是直接带系的发光材料。它相对于Sic、ZnSe及其他II/VI族化合物半导体宽带隙材料所制成的蓝绿发光器件，GaN基器件寿命长，内、外量子效率高，发光效率高，价格相对便宜，被公认为是全固态照明光源用管芯器件的首选材料。目前，蓝宝石被广泛用作为III-V族LED器件氮化物外延薄膜的衬底，然而由于氮化物和蓝宝石大的晶格失配和热膨胀系数的差别，使得在衬底上生长的氮化物材料位错和缺陷密度较大，影响了器件的发光效率和寿命。图形化蓝宝石衬底PSSO^tterned Sapphire Substrate)技术可以比较有效地减少外延材料的位错和缺陷，在氮化物器件制备中得到了广泛的应用。但是随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对GaN基LED器件衬底的要求进一步提高。传统的图形化蓝宝石衬底 (CPSS-Conventional Patterned Sapphire Substrate)技术，受到光刻工艺的限制，一般图形尺寸都大于2微米，已经不能满足进一步提高LED器件的光提取效率的要求。如今各厂家纷纷采用NPSS技术。纳米图形蓝宝石衬底(NPSS-NanoPatterned Sapphire Substrate)，就是在蓝宝石衬底上形成纳米级的周期性凸起，再在其上外延生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。这样一方面可以更有效减少GaN外延材料的位错密度，减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命；另一方面有源区发出的光，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，从而进一步提高了光的提取效率。综合这两方面的原因，使NPSS上生长的LED比传统的LED 以及CPSS上生长的LED出射光亮度显著提高，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种能有效的降低外延层中的位错密度，大幅度提高LED的光提取效率的用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法。本专利技术的技术方案如下一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，其特征在于将蓝宝石衬底经洁净处理；制作均勻分散的氧化硅纳米球(纳米球直径约500nm)；把氧化硅纳米球溶液滴在蓝宝石衬底上；使用勻胶机把氧化硅均勻单层涂覆在蓝宝石衬底表面；以涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ICP刻蚀，刻蚀分两步进行，先用BCl3气体刻蚀出纳米图形化衬底图形深度，再用BCl3、Cl2、Ar气体刻蚀出纳米图形化衬底图形宽度；把刻蚀完成的蓝宝石衬底取出，经腐蚀后清洗干净，烘干待用。本专利技术纳米图形衬底图形均勻、周期性较好。半径尺寸小于500nm，高度小于 250nm，周期大于50nm。本专利技术具体步骤如下1.将蓝宝石衬底(sapphire substrate)首先在硫酸、双氧水的混合溶液中，转动清洗。然后在氢氟酸、去离子水的混合溶液中超声。最后用去离子水清洗干净，N2对表面进行洁净处理后放入干燥箱烘干。2.在无水乙醇溶液中加入去离子水、氨水后，缓慢滴入正硅酸乙酯(TE0S)，速度约每两分钟200-300微升，反应18- 小时。期间磁力搅拌器不断恒速搅拌，转速300转/分钟。反应完成之后，取出在室温下超声，使得氧化硅纳米球均勻分散，纳米球直径为500nm ；3.把氧化硅纳米球溶液滴在蓝宝石衬底上，使用勻胶机(spin coating)把氧化硅均勻涂覆在蓝宝石衬底表面。涂覆两次。4.把涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ICP刻蚀处理。刻蚀分二步进行a.刻蚀出纳米图形化衬底图形深度，刻蚀气体BCl3b.刻蚀出纳米图形化衬底图形宽度，刻蚀气体出(13、(12、八1·。5.把刻蚀完成蓝宝石衬底取出，在BOE液中(HF、H20混合液)腐蚀，用去离子水清洗干净，N2对表面进行洁净处理后放入干燥箱烘干，外延待用。本专利技术的优点在于，提供了一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，该图形形貌类似圆锥形，图形周期约为50nm，高度约为250nm，粒径500nm。这种衬底在外延过程中，可以有效地降低LED芯片中的位错密度，避免裂纹的产生，提高外延材料的晶体质量和均勻性，增加了 LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，进而能提高LED芯片的发光效率。利用该衬底经过优化芯片结构和外延工艺后，大功率LED封装后发光效率可达到 80-90lm/ff 以上。附图说明图1为本专利技术涂覆氧化硅纳米球的蓝宝石衬底示意图。图2为图1经BCl3刻蚀后的蓝宝石衬底示意图。图3为图2经BCl3+Cl2+Ar刻蚀后的蓝宝石衬底示意图。 具体实施例方式为了进一步说明本专利技术的内容，以下结合实施例和附图对本专利技术做一详细描述一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，具体方法如下1.将蓝宝石衬底(sapphire substrate)首先在硫酸双氧水=4 1的混合溶液中，转动清洗細in。然后在HF H2O = 1 1的混合溶液中超声aiiin。最后用去离子水清洗干净，N2对表面进行洁净处理后放入干燥箱烘干(80°C )。2.在50ml无水乙醇溶液中加入2ml去离子水、6ml氨水后，缓慢滴入正硅酸乙酯(TEOS)，速度约每两分钟200微升，反应18-M小时。期间磁力搅拌器不断恒速搅拌， 转速300转/分钟。反应完成之后，取出在室温下超声15分钟，使得氧化硅纳米球均勻分散，纳米球直径为500nm;3.把氧化硅纳米球溶液滴在蓝宝石衬底上，使用勻胶机(spin coating)把氧化硅均勻涂覆在蓝宝石衬底表面，勻胶机转速分三步进行a. 500 转 / 分钟(10 秒)b. 1200 转 / 分钟(10 秒)c. 5000转/分钟(30秒)。此过程重复一次。所得涂覆氧化硅纳米球的蓝宝石衬底如图1所示。图中1为蓝宝石衬底，2为氧化硅纳米球。4.把涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ICP刻蚀处理。刻蚀分2步进行a.本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于制备ＬＥＤ芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，其特征在于：将蓝宝石衬底经洁净处理；制作均匀分散的氧化硅纳米球；把氧化硅纳米球溶液滴在蓝宝石衬底上；使用匀胶机把氧化硅均匀单层涂覆在蓝宝石衬底表面；以涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ＩＣＰ刻蚀，刻蚀分两部进行，先用ＢＣｌ３气体刻蚀出纳米图形化衬底图形深度，再用ＢＣｌ３、Ｃｌ２、Ａｒ气体刻蚀出纳米图形化衬底图形宽度；把刻蚀完成蓝宝石衬底取出，经腐蚀后清洗干净，烘干待用。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，其特征在于将蓝宝石衬底经洁净处理；制作均勻分散的氧化硅纳米球；把氧化硅纳米球溶液滴在蓝宝石衬底上；使用勻胶机把氧化硅均勻单层涂覆在蓝宝石衬底表面；以涂覆氧化硅纳米球做掩膜的蓝宝石衬底进行ICP刻蚀，刻蚀分两部进行，先用BCl3气体刻蚀出纳米图形化衬底图形深度，再用BC13、Cl2, Ar气体刻蚀出纳米图形化衬底图形宽度；把刻蚀完成蓝宝石衬底取出， 经腐蚀后清洗干净，烘干待用。2.根据权利要求1中所述的用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，具特征在于所述将蓝宝石衬底经洁净处理是指将蓝宝石衬底首先在硫酸、双氧水的混合溶液中，转动清洗，然后在氢氟酸、去离子水的混合溶液中超声，最后用去离子水清洗干净，N2 对表面进行洁净处理后放入干燥箱烘干。3.根据权利要求1中所述的用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化衬底的方法，其特征在于所述制作均勻分散的氧化硅纳米球方法是在无水乙醇溶液中加入去离子水、氨水后，缓慢滴入正硅酸乙酯，反应18-M小时，恒速搅拌，反应完成之后，取出在室温下超声使得均勻分散氧化硅纳米球。4.根据权利要求1中所述的用于制备LED芯片外延生长的纳米图形化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建哲，李京波，李庆跃，李凯，颜晓升，池旭明，李树深，夏建白，
申请(专利权)人：浙江东晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33