[发明专利]一种高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法

说明书

本发明属于LED紫外消杀技术领域，提供了一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法,高亮度的纳米图形衬底结构包括蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的表面具有若干圆台状结构，若干圆台状结构呈周期排列设置，且圆台状结构的高度为350nm‑700nm，顶部直径为400nm‑600nm，侧壁与底边间的夹角为40‑60°。本发明纳米级的图形结构能够弥补AlN横向生长迁移能力的不足，利于紫外光生长材料的生长，更加适用于UVC‑LED芯片的制备；此外，该纳米图形衬底结构，均匀性好，改善了传统PSS表面晶体结构损伤的缺陷，晶体质量得到有效提高，且具有的图形结构侧壁光滑、倾斜角度恒定并大于全反射角角度，能够有效的提高发光效率，利用该纳米图形衬底结构进行UVC芯片的制备，能够大大提高UVC芯片的亮度。

技术领域

本发明涉及LED紫外消杀技术领域，尤其涉及一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法。

背景技术

在LED外延工艺中，由于蓝宝石衬底材料与外延材料从晶格常数、热胀系数到折射率都相差很大，这些物理性质的差异导致衬底上生长的外延材料质量不高，致使LED内量子效率（IQE）受到限制，从而影响外量子效率（EQE）以及光效的提高。为了提高LED的光效，图形化蓝宝石衬底（PatternedSapphire Substrate, PSS）技术被引入。

图形化蓝宝石衬底是一种以图案作为诱发外延薄膜侧向生长的平台，从而改善外延晶体的质量，同时用图案充当光纤反射层以提升光提取效率的技术。图形化蓝宝石衬底能够提高LED效率的原因在于，一方面其能够有效的减少位错密度，减少外延生长缺陷，提升外延片品质，减小有源区的非辐射复合，提高内量子效率；另一方面其增加了光子在GaN与蓝宝石界面处的反射次数，使光子逸出LED有源区的几率增加，从而提高了光的提取效率，使得PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高。

随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对PSS衬底的研究也逐渐增多。常规蓝光LED在PSS上的生长材料以GaN为主，AlN只作为缓冲层，生长过程使用的Al组分较少，现有技术中为了提高GaN的晶体质量，通常在PSS表面设计周期为微米级（3um左右）的锥形图形。而对于发紫外光的UVC-LED来说，其在PSS上的生长材料则以AlN/AlGaN为主，生长过程Al的组分含量极高，仅P层为GaN材料。由于AlN/AlGaN生长过程中Al原子的粘附性远大于GaN生长过程中Ga原子的粘附性，因此在外延生长过程中，Al原子的表面迁移距离远小于Ga原子，需要对相关工艺进行优化以弥补AlN横向生长迁移能力的不足，可行的方法是缩小图形化衬底的图形尺寸，最好是到纳米级。

目前的纳米图形化衬底，其图形均为倒锥形凹坑结构，如专利号为202111637650.3公开的一种适用于UVC-LED的纳米级图形化蓝宝石衬底结构及制作方法，虽能够减少外延缺陷，提高晶体质量，但在实际生产加工过程中，凹坑内部的形貌难以控制，光线进入后很难逃出，导致芯片端光的提取效率下降，实际应用中对UVC芯片亮度的提高有限。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法，以解决目前的纳米图形化衬底，其图形均为倒锥形凹坑结构，凹坑内部的形貌难以控制，光线进入后很难逃出，导致芯片端光的提取效率下降，UVC芯片的亮度有限的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种高亮度的纳米图形衬底结构，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的表面具有若干一体成型的圆台状结构，若干所述圆台状结构呈周期排列设置，且所述圆台状结构的高度为350nm-700nm，所述圆台状结构的顶部直径为400nm-600nm，所述圆台状结构的侧壁与底边间的夹角为40-60°。