一种蓝宝石LED图形衬底制造技术

本实用新型专利技术公开了一种蓝宝石LED图形衬底及其制备方法，该衬底是基于蓝宝石平片衬底表面沉积DBR的基础上，采用ICP干法刻蚀制备各种图形结构。本实用新型专利技术的蓝宝石LED图形衬底实际上为在蓝宝石衬底上预先沉积DBR反射层的新型图形衬底，相比传统背镀DBR有更加明显的优势，不仅能有效提高光取出效率，而且能优化外延层的横向生长方式，提高外延材料的晶格质量，具有非常实用的商业价值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

 本技术涉及一种蓝宝石LED图形衬底。
技术介绍
对于传统蓝宝石LED图形衬底来说，在外延过程中，容易在PSS衬底的包侧壁结晶，生长各个晶向的外延材料，降低了外延层的晶格质量，从而增加缺陷密度，严重影响到LED的内量子效率；而传统DBR层蒸镀在芯片背面，增加了芯片段的工艺流程和复杂性。
技术实现思路
 本技术的目的是针对现有DBR背镀技术中的LED芯片出光率稍低的问题，提供一种更多出光的新型图形化衬底。为达到以上目的，本技术提供了一种蓝宝石LED图形衬底，包括蓝宝石衬底、沉积在所述的蓝宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于所述的分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，所述的分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵列，所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表面。由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，该DBR的反射率可达99%以上。它没有金属反射镜的吸收问题，可以透过改变材料的折射率或厚度来调整能隙位置，覆盖反射光范围为绝大部分可见光。作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为中心反射波长的1/4。作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层的周期数为5 至7之间，对LED发射率最大可到99.5%以上。作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层由两种半导体材料相互间隔层叠构成，调整两种材料的折射率差值及膜层厚度以覆盖波长范围为380 nm到700 nm。作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层包括SiO2/TiO2结构或SiO2/MgO结构。作为进一步优化方案，所述的柱状图形阵列包括三棱柱、四棱柱、六棱柱，需要指出的是，本技术包括但不局限于上述图形，不同图形配合不同的外延工艺，可以达到最大程度上的出光效率的目的。作为进一步优化方案，所述的柱状图形阵列的间隙范围为0.2～0.4 um，图形高度为1.4～1.6 um。与现有LED芯片背镀DBR技术相比，本技术的蓝宝石LED图形衬底实际上为在蓝宝石衬底上预先沉积DBR反射层的新型图形衬底，相比传统背镀DBR有更加明显的优势，不仅能有效提高光取出效率，而且能优化外延层的横向生长方式，提高外延材料的晶格质量，具有非常实用的商业价值。简单的改变DBR层的所处位置，无需另外增加任何芯片工艺，与现有的芯片工艺完全兼容。附图说明图1为根据本技术的蓝宝石LED图形衬底的剖面结构示意图；图2为根据本技术的蓝宝石LED图形衬底的实施例一的示意图；图3为根据本技术的蓝宝石LED图形衬底的实施例二的示意图；图4为根据本技术的蓝宝石LED图形衬底的实施例三的示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参见附图1至附图4所示，一种蓝宝石LED图形衬底，包括蓝宝石衬底、沉积在蓝宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，分布布拉格反射镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为中心反射波长的1/4，周期数为5 至7之间，对LED发射率最大可到99.5%以上。分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵列，图形阵列露出于GaN层的上表面。由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，该DBR的反射率可达99%以上。它没有金属反射镜的吸收问题，可以透过改变材料的折射率或厚度来调整能隙位置，覆盖反射光范围为绝大部分可见光。 在平片蓝宝石衬底表面上沉积DBR，可以是由两种半导体材料相互间隔层叠构成，材料为SiO2/TiO2或SiO2/MgO的周期结构薄膜，通过调整材料为SiO2/TiO2或SiO2/MgO(等其他搭配的)两种材料的折射率差值及厚度，覆盖波长范围为380 nm到700 nm。参见附图2、附图3、附图4，柱状图形阵列包括三棱柱、四棱柱、六棱柱，需要指出的是，本技术包括但不局限于上述图形，不同图形配合不同的外延工艺，可以达到最大程度上的出光效率的目的。柱状图形阵列的间隙范围为0.2～0.4 um，图形高度为1.4～1.6 um。上述蓝宝石LED图形衬底的制备方法包括以下步骤：a)  设计制作具有上述衬底图形结构的光刻板；b)  在平片蓝宝石衬底表面上沉积分布布拉格反射镜DBR层；c)  光刻：依次在分布布拉格反射镜DBR层上涂覆光刻胶层、烘烤、曝光、显影、后烘，将光刻板的图形阵列转移到光刻胶层上；d)  采用ICP干法刻蚀技术对具有图形化光刻胶涂层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将图形阵列转移到蓝宝石衬底上后去除光刻胶涂层；e)  依次沉积GaN层及后续外延层，并且图形阵列露出于GaN层的上表面。需要注意的是，分布布拉格反射镜DBR层采用E-Beam蒸镀工艺，当分布布拉格反射镜DBR层由SiO2/TiO2结构构成时，采用在氧气环境中压力为1.3×10-4Torr、温度为310℃的蒸镀条件，但该工艺不仅限于该种DBR材料制备。利用本技术制备的新型图形化衬底来生长外延层，能优化外延层的横向生长方式，提高晶格质量。然后仅仅需要采用普通芯片工艺制程即可，减少了芯片工艺流程，此外，这种芯片外延层下直接接触到DBR图形，相比传统的DBR背镀有更能有效提高光取出效率。以上实施方式只为说明本技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本技术的内容并加以实施，并不能以此限制本技术的保护范围，凡根据本技术精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：包括蓝宝石衬底、沉积在所述的蓝宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于所述的分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，所述的分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵列，所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表面。

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：包括蓝宝石衬底、沉积在所述的蓝宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于所述的分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，所述的分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵列，所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表面。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为中心反射波长的1/4。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射镜DBR层的周期数为5 至7之间。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石L...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立人，陈伟，刘慰华，
申请(专利权)人：聚灿光电科技苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：