[发明专利]一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片

说明书

本发明实施例公开了一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片。该图形化复合衬底包括：图形化基板，所述图形化基板表面蚀刻有微结构；单晶三氧化二铝薄膜，所述单晶三氧化二铝薄膜均匀覆盖在所述微结构上；所述图形化基板的蚀刻速率高于三氧化二铝的蚀刻速率，和/或所述图形化基板的热导率高于三氧化二铝的热导率。本发明实施例解决了现有蓝宝石衬底刻蚀效率低、导热性能较差的问题，可以改善蚀刻效率，使制备工艺简单化，优化散热能力，同时能够保证外延生长质量，有助于制备性能优异的LED芯片。

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的光电转换效率直接决定了LED元件的发光强度，它主要由内量子效率与出光效率构成。内量子效率指在有源区电子与空穴结合产生光子的效率，它受外延缺陷影响；出光效率指产生光子出射到器件外部的效率，它受器件结构设计影响。目前，用于GaN外延生长的衬底基板主流是采用图形化的三氧化二铝衬底，这是由于三氧化二铝具有物化性质稳定、价格低、透光性好等优点，同时图形化结构的三氧化二铝衬底能够有效抑制外延缺陷、提高出光效率。

但是，在图形化三氧化二铝的制造与使用过程中，存在以下问题：(1)三氧化二铝性质稳定，Al-O化学键键能高，主流的干法刻蚀工艺刻蚀效率仍然较低。例如，相同条件下，采用电感耦合等离子刻蚀二氧化硅与三氧化二铝，前者速率是后者的约2倍。(2)三氧化二铝导热性不佳，在一定程度上限制了LED元件的散热性能。

发明内容

本发明提供一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片，以替代传统的三氧化二铝衬底，可以保证制备工艺简单化，优化散热能力，同时能够保证外延生长质量。

第一方面，本发明实施例提供了一种图形化复合衬底，包括：

图形化基板，所述图形化基板表面蚀刻有微结构；

单晶三氧化二铝薄膜，所述单晶三氧化二铝薄膜均匀覆盖在所述微结构上；

所述图形化基板的蚀刻速率高于三氧化二铝的蚀刻速率，和/或所述图形化基板的热导率高于三氧化二铝的热导率。

可选地，所述单晶三氧化二铝薄膜的厚度在50-1000nm。

可选地，所述微结构包括圆锥体、多边形椎体、椭圆锥体、圆柱、圆台中的至少一种。

可选地，所述图形化基板的材质为氧化物、氮化物、碳化物和金属单质中的至少一种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种图形化复合衬底的制备方法，包括：

提供一基板，所述基板的蚀刻速率高于三氧化二铝的蚀刻速率，和/或所述基板的热导率高于三氧化二铝的热导率；

在所述基板表面蚀刻微结构，形成图形化基板；

在所述图形化基板表面形成金属铝薄膜，所述金属铝薄膜均匀覆盖在所述微结构上；

对所述金属铝薄膜进行氧化热处理，将所述金属铝薄膜转化为单晶三氧化二铝薄膜。

可选地，对所述金属铝薄膜进行氧化热处理，将所述金属铝薄膜转化为单晶三氧化二铝薄膜，包括：

对所述金属铝薄膜进行低温氧化热处理，形成多晶三氧化二铝薄膜；

对所述多晶三氧化二铝薄膜进行高温氧化热处理，形成单晶三氧化二铝薄膜。

可选地，所述低温氧化热处理的温度在200-500℃，时间为12-36h。

可选地，所述高温氧化热处理的温度在1000-1500℃，时间为6-36h。