[发明专利]一种提高GaN-LED出光稳定性的低损伤图形衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能提高GaN-LED出光稳定性的低损伤图形衬底制备方法，属于光电子技术图形衬底领域。

背景技术

在半导体领域中，GaN材料的外延层主要是生长在蓝宝石衬底上，蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产应用成熟、质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械硬度高，易于处理和清洗，因此大多数GaN-LED采用蓝宝石衬底生长。但蓝宝石衬底上生长GaN材料，存在较多的问题，其中最大的问题是表面出光问题，虽然GaN基LED已经产业化，但是芯片出光效率低的问题仍然没有很好的解决。根据GaN基LED的发光性质来看，一般用来提高GaN基LED的发光效率主要有两种途径，一种是提高其内量子效率，一种是提高其外量子效率。由于GaN功率型LED材料一般都是采用MOCVD的外延生长和多量子阱的结构，但是提升内量子效率不明显。

经研究发现PSS（Patterned Sapphire Substrate）结构的衬底使朝下的光的传播方向从几乎规定的方向到任意方向能有效提高LED的出光效率。PSS一方面可以解决由于蓝宝石与GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配这一问题，同时PSS微型图形结构改变了GaN的生长过程，能够抑制缺陷向外延表面延伸，降低了外延的缺陷密度。另一方面，GaN与蓝宝石衬底的折射率和空气的折射率存在差距，GaN材料的折射率（2.4）高于蓝宝石衬底（1.7）和空气的折射率（1.0），PSS图形结构改变了有源区发出光的传播路线，有源区发出的光入射到PSS图形上反射回去，经过GaN材料入射到GaN与空气的界面，与普通蓝宝石平面比较，减小了入射角，减少全反射的机会，增加出光机会，使更多的光经PSS结构作用反射出来，这样就提高了光提取效率。目前，PSS制备主要有干法刻蚀与湿法腐蚀两种方法制备，通过比较发现湿法腐蚀工艺比较简单，程序单一，制作成本低，受到业内人士广泛关注。

CN1700449（CN200410038260.4）公开了一种湿法腐蚀蓝宝石图形衬底的方法，包括如下的步骤：1)采用常规技术在蓝宝石上蒸镀二氧化硅掩膜层；2)利用光刻技术在蒸镀了二氧化硅掩膜层的蓝宝石上光刻出条形二氧化硅掩膜图形；3)湿法腐蚀，200～600℃腐蚀0.5～40小时，取出衬底，用去离子水冲洗干净；4)将经湿法腐蚀的衬底放入氢氟酸溶液中，直至在显微镜下观察到二氧化硅掩膜层被完全腐蚀后，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，即得到。该方法采用直接形成图形的衬底生长外延层，避免了采用二氧化硅层条纹衬底生长时对生长层的污染；与干法刻蚀相比湿法刻蚀有利于保护衬底免受损伤和污染，降低成本；在得到的图形衬底上外延生长GaN基时，穿透位错方向由垂直偏转为水平，从而减小GaN基外延层穿透位错的密度，提高外延层晶体质量，降低半导体发光材料的非辐射复合中心，增强辐射复合。但是湿法腐蚀制备出的衬底由于在高温酸中腐蚀，蓝宝石是可以与酸发生化学反应，制备出的PSS，背面由于酸的腐蚀，出现一半透明一半不透明，在外延生长过程中难以监控，生长的外延片测试发光强度波动很大，不稳定。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种低损伤的图形衬底制备方法，所得衬底能提高GaN-LED出光的稳定性。

术语解释：

1、GaN-LED：GaN基发光二极管。

2、PSS：Patterned Sapphire Substrate，蓝宝石图形衬底。

3、MOCVD：Metal Organic Chemical Vapour Deposition，金属有机物化学气相沉积。

4、PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体化学气相沉积。

5、ICP：Inductive Coupled Plasma，感应耦合等离子体刻蚀。

本发明的技术方案如下：

一种低损伤的图形衬底的制备方法，包括按现有技术在蓝宝石衬底上制备规则的掩膜图形，湿法腐蚀制出蓝宝石图形衬底（PSS），最后去除掩膜层，其特征在于，在湿法腐蚀前，利用等离子体化学气相沉积（PECVD）工艺在蓝宝石衬底下面蒸镀一层二氧化硅或者氮化硅掩膜，掩膜层的厚度为0.1-1μm。

根据本发明优选的，一种低损伤的图形衬底的制备方法，步骤如下：

（1）在蓝宝石衬底上面利用PECVD工艺蒸镀一层二氧化硅或者氮化硅掩膜层，掩膜层的厚度为0.1-1μm；