[发明专利]一种图形化复合衬底、制备方法和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、制备方法和LED外延片。其中，衬底包括：蓝宝石衬底；多个微结构凸起，位于蓝宝石衬底上，微结构凸起包括掺氟二氧化硅，掺氟二氧化硅的折射率小于二氧化硅的折射率。本发明提供的图形化复合衬底及其的制备方法、LED外延片，在蓝宝石衬底上方制备掺氟二氧化硅材料构成的微结构凸起，由于掺氟二氧化硅材料的折射率更低，衬底与外延层材料的折射率差值更大，全反射角增大，可以提高光的提取率，提升外延端及芯片端的亮度。另外，相比于传统二氧化硅衬底材料，低折射率的掺氟二氧化硅衬底材料在相同条件下更易被刻蚀，刻蚀速率快、刻蚀选择比更高，有利于提高干法刻蚀的产能。

技术领域

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

背景技术

二氧化硅图形化复合衬底能够提升GaN基LED器件晶体质量以及出光效率。一方面，在外延生长中，为了使图形窗口处生长的GaN材料中的位错能够沿图形侧面歪曲，进而在图形顶部合拢，关键的问题就是尽量避免GaN材料在图形衬底的周期性图形的侧面生长，而传统图形化蓝宝石衬底(PSS)很难使GaN材料不在其周期图形的侧面生长。但二氧化硅图形化复合衬底在这方面却有明显优势，由于二氧化硅材料本身就不适合GaN在其上生长，因而很容易使得GaN材料生长时不在图形侧面生长，进而促进位错沿图形侧面弯曲以及在图形顶部的合拢，进一步提高GaN材料的晶体质量。另一方面，PSS形成反射光栅提高LED器件出光率，GaN材料与蓝宝石材料的折射率有较大差别是影响反射形成的重要因素，GaN材料的折射率为2.5，蓝宝石的折射率为1.76，其两者较大的差异形成了较大的全反射角，从而提高LED的出光效率。在这方面，二氧化硅图形化复合衬底中的二氧化硅材料与GaN有更大的折射率差异，二氧化硅的折射率为1.46，与GaN材料形成的全反射角更大，形成的反射光栅能使更多的光线能够反射出来，从而进一步提升出光效率。

随着图形化复合衬底、外延氮化物缓冲层等技术不断进步，外延层内量子效率提升空间已经较小，提高衬底的光提取率显得更为重要。

发明内容

本发明提供一种图形化复合衬底、制备方法和LED外延片，以提高图形化复合衬底的光提取率，从而提升LED的出光效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种图形化复合衬底，包括：

蓝宝石衬底；

多个微结构凸起，位于所述蓝宝石衬底上，所述微结构凸起包括掺氟二氧化硅，所述掺氟二氧化硅的折射率小于所述二氧化硅的折射率。

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：

提供一平片蓝宝石衬底；

在所述平片蓝宝石衬底上形成多个微结构凸起，所述微结构凸起包括掺氟二氧化硅，所述掺氟二氧化硅的折射率小于所述二氧化硅的折射率。

第三方面，本发明实施例还提供了一种LED外延片，包括本发明任意实施例提供的图形化复合衬底。

本发明实施例提供的技术方案，在蓝宝石衬底上方制备掺氟二氧化硅材料构成的微结构凸起，由于掺氟二氧化硅材料的折射率更低，衬底与外延层材料的折射率差值更大，全反射角增大，可以提高光的提取率，提升外延端及芯片端的亮度。另外，相比于传统二氧化硅衬底材料，低折射率的掺氟二氧化硅衬底材料在相同条件下更易被刻蚀，刻蚀速率快、刻蚀选择比更高，有利于提高干法刻蚀的产能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的不同衬底光线路径模拟示意图；

图2为本发明实施例提供的一种图形化复合衬底的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种图形化复合衬底的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种DBR微结构凸起的结构示意图；