[发明专利]一种复合图形衬底及其制作方法

说明书

本发明提供一种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，在蓝宝石衬底表面沉积Al_xGa_1‑xN缓冲层，0≤X≤1；S2：在缓冲层表面沉积低折射率介质层，低折射率介质层的折射率小于1.8；S3：刻蚀低折射率介质层，得到凹陷结构，凹陷结构暴露出缓冲层。本发明获得的复合图形衬底，可以直接放入量产MOCVD中进行生产；使用复合图形衬底生长的外延片在对光的提取效率较同种规格的蓝宝石图形衬底提高3‑5％；使用复合图形衬底生长的外延片，特别适合通过激光剥离方法制作垂直LED芯片，并且剥离后的蓝宝石衬底可以重复利用。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，特别是涉及一种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(PatternedSapphireSubstrate,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难，现在主要通过提高LED芯片的光的提取效率以提高芯片的外量子效率。

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Al_xGa_1-xN缓冲层，0≤X≤1；

S2：在所述缓冲层表面沉积低折射率介质层，所述低折射率介质层的折射率小于1.8；

S3：刻蚀所述低折射率介质层，得到凹陷结构，所述凹陷结构暴露出所述缓冲层。

于本发明的一实施方式中，所述凹陷结构将所述低折射率介质层分割为若干介质柱。

于本发明的一实施方式中，所述介质柱的横截面包括圆形、椭圆形或多边形。

于本发明的一实施方式中，所述介质柱的横截面积自下而上一致，或者自下而上逐渐减小，且所述介质柱的横截面积范围是1-1000μm²。

于本发明的一实施方式中，在步骤S1中，所述缓冲层的沉积速率为5-50nm/min，沉积温度为300-1000℃；所述缓冲层厚度为20-200nm。

于本发明的一实施方式中，在步骤S1中，采用化学气相沉积法制备所述缓冲层。

于本发明的一实施方式中，复合图形衬底的制作方法，还包括以下特征的任意一项或多项：