[发明专利]预处理蓝宝石衬底提高LED出光效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片制作领域，特别地，涉及一种预处理蓝宝石衬底提高LED出光效率的方法。

背景技术

在全球能源危机的催生下，各种节能的光电器件应运而生，发光二极管(LED)依靠其体积小、低能耗、无污染、寿命长等特性，逐渐成为继白炽灯，荧光灯之后的第三代光源。白光LED照明耗电量低，具有节能、环保和绿色照明等独特优点。

LED芯片的出光效率在于外量子效率和内量子效率，其中外量子效率大小等于内量子效率与光的逃逸率之积，当前，商业化LED的内量子效率已经接近100％，但是外量子效率仅有3％-30％，这主要是由于光的逃逸率低造成的，因此，光的逃逸率成为高亮度LED的主要技术瓶颈。引起光逃逸的因素有：晶格缺陷对光的吸收、衬底对光的吸收、光出射过程中各个界面由于全反射造成的损失等。

目前，氮化镓基LED普遍采用蓝宝石作为外延衬底，但这种结构主要缺点在于：1、由于没有晶格匹配的衬底材料，氮化镓基LED都是异质外延生长在蓝宝石衬底上，晶格常数的差异使外延材料存在着很多的位错，外延生长时氮化镓薄膜的缺陷密度很高，这些缺陷限制了LED的内量子效率；2、光从外延层进入衬底时，由于界面比较平坦，光的入射角比较小，且氮化镓和衬底折射率相差不大，导致反射率低，大部分光会逸出到衬底，不能有效反射回外延层，大大降低了氮化镓基LED的出光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预处理蓝宝石衬底提高LED出光效率的方法，以解决现有LED芯片制作技术中LED芯片的出光效率受限的问题。

为解决上述及其他问题，本发明提供一种预处理蓝宝石衬底提高LED出光效率的方法，包括：提供蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底具有定位边；在所述蓝宝石衬底上形成掩膜层；在所述蓝宝石衬底上光刻出图形，图形之间具有走道；所述图形为平行四边形，所述平行四边形的一组对边或一条对角线垂直于所述蓝宝石衬底的定位边；在所述图形的走道上刻蚀出沟槽。

可选地，所述掩膜层为SiO₂层，厚度为300nm至2000nm。

可选地，所述SiO₂层采用的等离子体增强化学气相沉积工艺，沉积温度为200℃至310℃。

可选地，所述SiO₂层采用旋涂的方式将液态SiO2涂布到所述蓝宝石衬底上，退火温度为500℃至750℃，退火氛围为空气，空气流量为1.5升/分钟至4升/分钟，退火时间为30分钟至60分钟。

可选地，所述平行四边形图形的一组对边垂直于所述蓝宝石衬底的定位边。

可选地，所述垂直边的走道的宽度要小于或等于相邻边的走道的宽度。

可选地，所述平行四边形图形的对角线垂直于所述蓝宝石衬底的定位边。

可选地，所述平行四边形图形的四条边的走道的宽度相同。

可选地，所述图形为菱形，所述菱形的一组对角为30°至60°。

可选地，在所述图形的走道上刻蚀出沟槽采用的是湿法腐蚀工艺。

可选地，所述湿法腐蚀工艺包括：采用温度为200℃至350℃的浓H₂SO₄和浓H₃PO₄的混合液对所述走道进行湿法腐蚀，腐蚀时间为10分钟至60分钟。

可选地，所述浓H₂SO₄和浓H₃PO₄的混合液的配比为3∶1或1∶1。

可选地，所述沟槽为V型。

可选地，所述V型沟槽的侧壁与所述蓝宝石衬底底面成夹角β，所述夹角β的角度范围为0°＜β＜90°。

可选地，所述夹角β的角度范围为45°≤β≤80°。

相较于现有技术，本发明在LED芯片制作工艺中通过在蓝宝石衬底外延生长之前对蓝宝石衬底进行图形化处理，形成光刻图形，并在光刻图形之间的走道上形成沟槽，可以减少外延沉积时的边缘效应，有利于外延的横向沉积，提高侧壁出光，从而使得在后续工艺制备的LED芯片具有更高的出光效率。

附图说明

图1为本发明预处理蓝宝石衬底提高LED出光效率的方法在第一实施例中的流程示意图；

图2为第一实施例中蓝宝石衬底的正面示意图；

图3为第一实施例中在蓝宝石衬底上形成平行四边形的图形的正面示意图；

图4为第一实施例中在蓝宝石衬底上刻蚀出V型沟槽的侧剖示意图