[发明专利]利用低折射率材料为介质的复合图形衬底及其制作方法

说明书

本发明提供一种利用低折射率材料为介质的复合图形衬底及其制作方法，该制作方法包括以下步骤：S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底表面沉积一层低折射率介质层；其中，所述低折射率介质层的折射率小于1.8；S2：刻蚀所述低折射率介质层，得到凹陷结构，使得所述凹陷结构暴露出所述蓝宝石衬底；S3：在被所述凹陷结构暴露的蓝宝石衬底表面生长Al_xGa_1‑xN缓冲层，获得复合图形衬底，其中，0≤X≤1。本发明获得的复合图形衬底减小芯片内部光的折射，提高光的反射，提高LED芯片的出光效率，并且可以提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别是涉及一种利用低折射率材料为介质的复合图形衬底及其制作方法。

背景技术

半导体发光二极管(light-emission diodes,LEDS)因其具有体积小、能耗低、寿命长、环保耐用等优点，蓝、绿光GaN基LED芯片在显示、照明领域发展迅速；国内LED照明已经取代普通照明约30％份额，为继续提高LED在照明市场普及率，需要继续提升LED在光亮度、光品质方面的性能。目前主流蓝绿GaN基LED外延片95％以上都是使用蓝宝石基板做衬底材料，蓝宝石衬底因硬度大、透光率高、工艺成熟等特点，在今后主流LED市场仍将会是最主要的衬底材料。目前采用的蓝宝石衬底基本上都是进行了图形化(Patterned SapphireSubstrate,PSS)加工后再用于LED外延生长。因为在PSS衬底上生长氮化镓外延层可以减少外延缺陷，提高外延层晶体质量以提高LED电学特性；另外，蓝宝石的折射率为1.8，氮化镓的折射率为2.5，由于折射率的差异，当光从氮化镓外延层进入蓝宝石图形衬底时，会形成全反射，从而改善GaN基发光二极管出光率。基于PSS衬底的外延材料制成的LED器件参数表明，其20A/cm²电流密度下相同尺寸芯片的光功率相比蓝宝石平片衬底制作的器件光功率增加约30％，因此采用PSS衬底是提高氮化镓基发光二极管出光效率的一种有效方法。随着GaN基LED外延及芯片加工技术进步，目前主流蓝光LED内量子效率已经提高到约80％以上，外量子效率仅达到约60％，因GaN基LED物理特性的限制，内量子效率的提升已经非常困难，但依赖出光效率提高而提升LED的外量子效率还有较大空间。因此，亟需研发一种复合衬底减小芯片内部光的折射，提高光的反射，提高光在LED内部的提取效率，从而提升LED的外量子效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用低折射率材料为介质的复合图形衬底及其制作方法，该复合图形衬底减小芯片内部光的折射，提高光的反射，提高LED芯片的出光效率，并且可以提高生产效率，降低生产成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用低折射率材料为介质的复合图形衬底的制作方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底表面沉积一层低折射率介质层；其中，所述低折射率介质层的折射率小于1.8；

S2：刻蚀所述低折射率介质层，得到凹陷结构，使得所述凹陷结构暴露出所述蓝宝石衬底；

S3：在被所述凹陷结构暴露的蓝宝石衬底表面生长Al_xGa_1-xN缓冲层，获得复合图形衬底，其中，0≤X≤1。

于本发明的一实施方式中，还包括以下任意一项或多项特征：

1)所述低折射率介质层的材料为氧化硅或氮化硅；

2)在步骤S1中，所述低折射率介质层的沉积速率为所述低折射率介质层的沉积温度为300-1000℃；

3)在步骤S1中，所述低折射率介质层的厚度为1-4μm。

于本发明的一实施方式中，在步骤S2中，刻蚀所述低折射率介质层的过程包括以下步骤：

S2-1：在所述低折射率介质层上制备掩模图形；