[发明专利]一种蓝宝石复合衬底及其制备方法

说明书

一种蓝宝石复合衬底的制备方法，包括如下步骤，在蓝宝石衬底上生成一层AlN薄膜，利用化学气相沉积法在AlN层上沉积一层SiO₂层，利用光阻剂及纳米压印设备进行图形转移，在SiO₂层上形成光刻胶孔洞，再进行干法蚀刻，使得光刻胶孔洞进一步蚀刻为图形化孔洞，所述图形化孔洞贯穿SiO₂层，所述图形化孔洞为上截面面积大于下截面的漏斗形。本方案采用沉积一层AlN层，再化学气相沉积法在AlN层上沉积一层SiO2层，通过蚀刻获得SiO₂层上的图形化孔洞的做法，能够提升衬底对于光线的全反射效果，进而提升LED的发光亮度。

技术领域

本发明涉及LED芯片制作技术领域，尤其涉及一种能够提升亮度的复合衬底的制作方法。

背景技术

GaN作为第三代半导体，是国内外研究的热点，具有良好的物理性质和化学性质，具有带隙宽度大、波长随着参杂不同覆盖紫外到可见光，GaN在蓝绿光可见范围应用比较成熟，但在紫外光LED应用方面存在很大问题，主要有：高Al组分GaN生长温度高，制备困难；适合高Al组分的GaN生长的衬底缺乏等。蓝宝石衬底是比较成熟的、广泛使用在目前蓝绿光GaN外延生长的衬底，由于蓝宝石衬底与GaN晶格失配过大，沉积出的GaN薄膜应变较大，外延缺陷严重，量子阱质量下降，导致漏电严重。而AlN薄膜与GaN晶格配度好，能提高GaN生长质量，使外延光学性能变好，特别是在高Al组分GaN生长的紫外方面，AlN作为基底或者buffer层比较适合。AlN属Ⅲ-Ⅴ族化合物绝缘材料，具有高熔点、高硬度、低热膨胀系数和良好的光学性能等特点，可作为蓝宝石衬底与GaN之间的缓冲层，提高外延制备质量。

高性能的GaN基LED作为有潜力的光源已经获得了广泛的关注，并在紫外可见光等各个发光波段都得到了广泛的应用，而提高GaN基LED的光提取效率是进一步将其推广应用的重要前提。目前图形化蓝宝石衬底都存在出光率不高的情况，大部分光被限制在LED芯片内，现多数研究是通过改变器件中的光回路来提高光提取效率，其操作复杂局限性高，且推广性差。SiO2薄膜具有绝热性好，光透过率高，抗腐蚀能力强，良好的介电性质等特点，有极其稳定的化学性质，这些优良的特性使其在半导体领域有着很好的应用，将其作为蓝宝石衬底上微图形的主要材料，能有效提高光提取效率。

在现有的制作技术中，CN 201922247534的技术方案中提到了开口层蚀刻孔洞与半导体层搭配使用的技术方案；现有技术CN201910246248中也提到了蚀刻孔洞的技术方案，但都适用于倒装电极，无法解决正装LED发光强度的问题。

发明内容

为此，需要提供一种能够提升LED发光亮度的蓝宝石复合衬底的制备方法。

为实现上述目的，发明人提供了一种蓝宝石复合衬底的制备方法，包括如下步骤，在蓝宝石衬底上生成一层AlN薄膜，利用化学气相沉积法在AlN层上沉积一层SiO₂层，利用光阻剂及纳米压印设备进行图形转移，在SiO2层上形成光刻胶孔洞，再进行干法蚀刻，使得光刻胶孔洞进一步蚀刻为图形化孔洞，所述图形化孔洞贯穿SiO₂层，所述图形化孔洞为上截面面积大于下截面的漏斗形。

进一步地，所述SiO₂层的厚度为AlN的10-20倍。

进一步地，所述图形化孔洞的斜角角度为40°-80°。

具体地，在蓝宝石衬底上生成一层AlN薄膜具体为，利用磁控溅射方法在Al₂O₃上沉积生成一层AlN薄膜，溅射工艺条件为：溅射功率50w-500w，衬底温度100-800℃，沉积气压0.2Pa，靶材纯度为99.999％Al，溅射气体N₂和Ar，Ar流量20sccm，N₂流量3sccm。