具有图形化结构的铌酸锂衬底及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法，包括如下步骤：步骤1：在一表面平坦的铌酸锂衬底表面制作一掩膜图形；步骤2：以掩膜图形为掩膜，采用氟基等离子体对掩膜图形及铌酸锂衬底进行同步刻蚀；步骤3：采用氧等离子体对铌酸锂衬底进行刻蚀以清除形成在铌酸锂衬底上的氟化锂颗粒；步骤4：多次重复步骤2至步骤3，直至掩膜图形全部消失；步骤5：继续采用氟基等离子体刻蚀铌酸锂衬底，在铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒以形成具有图形化结构的铌酸锂衬底，图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。本发明专利技术还提供一种具有图形化结构的铌酸锂衬底，可降低外延材料中的缺陷密度和LED的生产成本，能更有效地提高LED的发光亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED制造エ艺
，尤其涉及ー种。
技术介绍
LED的结构已趋于成熟和完善，但可用于GaN(氮化镓)基LED的衬底材料却寥寥无几，可用于商业化的衬底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用蓝宝石和碳化硅两种衬底材料，其中蓝宝石材料由于具有化学稳定性好、生产技术相对成熟等优势而应用最为广泛，但用蓝宝石材料作为GaN基LED的衬底也存在很多问题，首先蓝宝石材料存在晶格失配和热应カ失配，所述的晶格失配和热应カ失配不仅会在外延材料中产生大量的缺陷，而 且还会给后续器件的加工增加额外的困难；其次蓝宝石材料的导热性能也不太好，而为了将LED芯片产生的热量通过蓝宝石衬底导出，通常需要将蓝宝石衬底的厚度由400-500um减薄到IOOum以内(当然，对蓝宝石衬底材料减薄的另ー个目的是为了后续切割的方便)，由于蓝宝石衬底的硬度却仅次于金刚石，这ー缺点无疑大大增加了减薄エ艺的时间成本和金钱成本；再有，近年来为了迎接LED发光亮度的挑战，将LED的应用领域扩大到通用照明领域，需要制作出各种各样的图形化的蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate,PSS)或光子晶体，而要在较高硬度的蓝宝石衬底上制作所述的PSS衬底或光子晶体，需要昂贵的设备，无疑増加了困难和成本，不仅如此，由于外延材料生长的要求，衬底图形之间的间距不能太小，这就減少了散射或漫反射界面的面积，进而限制了图形化的蓝宝石衬底彻底提高LED发光亮度作用的发挥。虽可以通过在PSS衬底的图形表面增加纳米粗化结构来进一步增加散射或漫反射界面的面积，从而更有效地提高LED的发光亮度，然而再做纳米粗化结构的エ艺较为复杂，且不够成熟。银酸锂(Lithium Niobate,LiNb03)晶体是ー种通用型人工合成晶体,银酸锂晶体之所以受到广泛的关注是因为它是目前人们所发现的光子学性能最多、综合指标最好的晶体。与蓝宝石相比，铌酸锂晶体的晶格结构和热膨胀系数与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更匹配，且其硬度既能满足芯片加工过程中的エ艺窗ロ，又没有蓝宝石衬底的硬度那么高。因此，铌酸锂晶体作为LED的衬底，将会降低外延材料中的各种缺陷，也会降低后续器件加工的难度，同时还会降低減薄エ艺的时间成本和金钱成本。但是，铌酸锂晶体被用于制作集成电路中某些器件时，刻蚀速率比较低，且不易形成光滑的表面，其原因是人们通常采用氟基等离子体对铌酸锂晶体进行刻蚀，在刻蚀过程中铌酸锂晶体的表面会形成一层氟化锂颗粒，氟化锂颗粒不但会阻碍氟基等离子体对铌酸锂晶体的进ー步刻蚀，而且还会在铌酸锂晶体表面形成ー层粗糙的颗粒。因此，铌酸锂晶体被氟基等离子体刻蚀而在铌酸锂晶体的表面形成氟化锂颗粒成为集成电路中的ー个缺陷。而在LED领域中，常常用粗化技术来提高LED的出光率。如果能克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，并且能利用被氟基等离子体刻蚀而不易形成光滑的铌酸锂晶体表面的现象制造铌酸锂衬底，将所述的不光滑的铌酸锂衬底作为LED的衬底用于LED领域却是ー个优点。但是，在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的同吋，合理的利用被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种具有 图形化结构的铌酸锂衬底及其制造方法，即可以克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，又可以解决被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。为解决上述问题，本专利技术提出的ー种具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法，所述铌酸锂衬底用于制备LED芯片，所述方法包括步骤I :提供一表面平坦的铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面制作一掩膜图形；步骤2 :以所述掩膜图形为掩膜，采用氟基等离子体对掩膜图形及所述铌酸锂衬底进行同步刻蚀；步骤3 :采用氧等离子体对所述铌酸锂衬底进行刻蚀，以清除形成在所述铌酸锂衬底上的氟化锂颗粒；步骤4 :多次重复步骤2至步骤3，直至所述掩膜图形全部消失；步骤5 :继续采用氟基等离子体刻蚀所述铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒，以形成具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。进ー步的，所述铌酸锂衬底采用铌酸锂晶体制作而成。进ー步的，在步骤5之后，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何ー种或几种的阵列排列形成。进ー步的，所述掩膜图形的材料为金属或非金属。进ー步的，所述金属为镍或铬中的任何ー种。进ー步的，所述非金属为ニ氧化硅，或为氮化硅，或为氮氧化硅，或为光刻胶。进ー步的，所述掩模图形的俯视截面由圆形、扇形、多边形及不规则图形中的任何一种或几种的阵列排列形成。进ー步的，所述氟基等离子体为由含氟元素的气体辉光放电产生的高密度等离子体。进ー步的，所述含氟元素的气体为六氟化硫、三氟甲烷和四氟化碳中的任何ー种或多种。进ー步的，所述氟基等离子体刻蚀采用的含氟元素的气体为四氟化碳，四氟化碳的流量为40sccm-80sccm，电感耦合等离子体源功率为300瓦-600瓦，射频功率为250瓦-350瓦，腔室压カ为10豪托-30豪托，衬底温度设定为0度-20度，刻蚀时间为3分钟-5分钟。进ー步的，所述氧等离子体为由含氧元素的气体辉光放电产生的高密度等离子体。进ー步的，所述氧等离子体刻蚀采用的含氧元素的气体为氧气，氧气的流量为20sccm-40sccm,电感耦合等离子体源功率为300瓦-600瓦，射频功率为0瓦-100瓦，腔室压カ为10豪托-20豪托，衬底温度设定为0度-20度，刻蚀时间为30秒-50秒。为了解决上述问题，本专利技术还提供了ー种具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述具有图形化结构的铌酸锂衬底用于制备LED芯片，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。进ー步的，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何ー种或几种的阵列排列形成。进ー步的，所述铌酸锂衬底采用铌酸锂晶体制作而成。由上述技术方案可见，本专利技术与传统制备图形化的蓝宝石衬底的エ艺相比，本专利技术公开的，具有以下方面的优势首先，在铌酸锂晶体材料选择上，一是铌酸锂晶体材料的晶格结构和热膨胀系数 与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更为匹配，能够降低外延材料中的缺陷密度，ニ是铌酸锂晶体的硬度比蓝宝石低，可以降低减薄エ序的时间成本和金钱成本，三是采用铌酸锂晶体作为LED的衬底，可通过简单的エ艺得到蓝宝石衬底不容易得到的图形表面粗化的图形化衬底，在不给外延生长增加额外的困难的前提下，更有效地提高LED的发光亮度。其次，在制造方法上，容易使用氟基等离子体和氧等离子体交替循环刻蚀，解决了铌酸锂刻蚀速率低的问题，提高了生产效率，最后氟基等离子体刻蚀可自然地在铌酸锂衬底表面形成纳米颗粒，而对铌酸锂衬底进行表面粗化，无需特殊エ艺，节约了制作纳米粗糙结构所用的成本。并且，掩膜图形可在刻蚀过程中逐渐消失，无需特殊的エ艺去除，也节约了大量的成本。最后，在提高LED发光亮度的效果上，当将图形化结构的表面具有纳米粗糙结构的铌酸锂衬底用于LED制造领域吋，由于用于散射或漫反射的界面面积的增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有图形化结构的铌酸锂衬底的制造方法，所述铌酸锂衬底用于制备LED芯片，其特征在于，所述方法包括：步骤1：提供一表面平坦的铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面制作一掩膜图形；步骤2：以所述掩膜图形为掩膜，采用氟基等离子体对掩膜图形及所述铌酸锂衬底进行同步刻蚀；步骤3：采用氧等离子体对所述铌酸锂衬底进行刻蚀，以清除形成在所述铌酸锂衬底上的氟化锂颗粒；步骤4：多次重复步骤2至步骤3，直至所述掩膜图形全部消失；步骤5：继续采用氟基等离子体刻蚀所述铌酸锂衬底，在所述铌酸锂衬底表面形成氟化锂颗粒，以形成具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海生，李东昇，马新刚，江忠永，张昊翔，王洋，李超，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：