一種復合圖形化襯底及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復合圖形化襯底及其制備方法，復合圖形化襯底包括藍寶石晶片，所述晶片表面的圖形根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的最大比值為0.95，各圖形上部表面暴露，各圖形根部之間沉積有厚度為15-35nm的AlN層。該復合圖形化襯底及其制備方法，既保留的藍寶石圖形襯底的優(yōu)勢，此外，通過在圖形襯底的下面引入一層和GaN材料晶格失配較低的AlN，有效的提高了后期襯底在使用過程中GaN形核質(zhì)量從而提高GaN生長質(zhì)量，另外，還可以有效提高MOCVD的使用效率，提高產(chǎn)能。
【專利說明】一種復合圖形化襯底及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光二極管領(lǐng)域，具體涉及發(fā)光二極管多圖層復合LED圖形化襯底及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在主流LED都是利用圖形化襯底來進行外延生長,如圖9、10所示,一方面表面的圖形為后期GaN生長提供多種生長晶相的選擇，使GaN由傳統(tǒng)的二維生長變?yōu)槿S生長，從而有效的降低GaN基LED材料中的位錯密度，避免裂紋的產(chǎn)生，進而能提高LED的內(nèi)量子發(fā)光效率，另一方面，由于陣列圖形結(jié)構(gòu)增加了光的散射，改變了 LED的光學線路，形成漫反射，進而提升光提取效率。但藍寶石襯底和GaN存在14%晶格失配率，很難形核，生長困難，為了克服形核難的問題，將襯底片1000°C左右烤片后，外延普遍處理辦法是生長一層厚度20-40nm的質(zhì)量較差的低溫buffer層，然后轉(zhuǎn)入高溫3D生長高質(zhì)量的GaN，此過程中存在高低溫轉(zhuǎn)換，會降低MOCVD的使用效率、GaN和襯底之間的晶格失配率高線位錯較多、不同層間溫差大會導致不同層間的應力影響晶體性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種復合圖形化襯底及其制備方法，該復合圖形化襯底及其制備方法，既保留的藍寶石圖形襯底的優(yōu)勢，此外，通過在圖形襯底的下面引入一層和GaN材料晶格失配較低的A1N，有效的提高了后期襯底在使用過程中GaN形核質(zhì)量從而提聞GaN生長質(zhì)量，另外，還可以有效提聞MOCVD的使用效率，提聞廣能。
[0004]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為:
[0005]一種復合圖形化襯底，它包括藍寶石晶片，所述晶片表面的圖形根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的最大比值為0.95，各圖形上部表面暴露，各圖形根部之間沉積有厚度為15-35nm的AlN層。
[0006]上述方案中，藍寶石晶片表面的圖形高度為1.5-2.5um。
[0007]上述方案中，所述圖形根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的比值為0.8—0.9 ο
[0008]上述復合圖形化襯底的制備方法，它包括:
[0009]步驟(I)、制備藍寶石圖形化襯底的步驟；
[0010]步驟(2)、在藍寶石圖形化襯底表面通過化學氣相沉積(CVD)或者磁控濺射(sputter)沉積一層厚度15-35nm的AlN層；
[0011]步驟(3)、在AlN層上涂布光刻膠，光刻膠的厚度大于圖形高度，進行堅膜處理；
[0012]步驟(4)、在氧氣或氮氣氣氛中電感耦合等離子體(ICP)刻蝕，至光刻膠的厚度為15-lOOnm ；
[0013]步驟(5)、在BCL3或CF3H或CF4或BCL3+CF3H或BCL3+CF4氣氛中ICP刻蝕，至各圖形上部表面暴露；[0014]步驟(6)、清洗掉剩下的光刻膠，成品。
[0015]上述方案中，步驟(4)中光刻膠的厚度具體為40_60nm。
[0016]半導體晶格失配率的計算方法為兩種材料無壓力無應力下晶格系數(shù)α差異率，即:
[0017]半導體材料的失配率Π = (α 1-α 2)/α I或者η = ( α 1-α 2) / α 2, α I為材料I晶格系數(shù)，α 2為材料2晶格系數(shù)。
[0018]氮化鎵(GaN) a = 3.186 A, c = 5.186 A 正四面體；氧化鋁(Al2O3)a=4.758A c=12.992A;氮化鋁(AlN) a=3.11θΑ，c=4.978A ；所以 GaN-Al2O3 為最小
晶格失配率16%，GaN-AlN為最小晶格失配率2.4% ;或因此，本發(fā)明復合圖形化襯底及其制備方法，既保留的藍寶石襯底的優(yōu)勢:提高晶體質(zhì)量、芯片發(fā)光時形成漫反射增加光的出射；引入A1N，AlN材料是一種可以生長優(yōu)良GaN新材料，導熱性好，和GaN材料的晶格失配率較低，材料穩(wěn)定性良好，GaN可以很容易在AlN材料上面高質(zhì)量的外延生長，由于AlN的引入，減低了 GaN和襯底之間的晶格失配，GaN質(zhì)量得到進一步提升，同時，由于直接進入生長高溫GaN，以及襯底在MOCVD里面不需要buffer生長過程中的高低溫切換，可以有效提高MOCVD的使用效率，提高產(chǎn)能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1PSS(復合圖形化襯底)制成過程中勻膠完成圖片。
[0020]圖2PSS制成過程中PSS光刻完成圖片。
[0021]圖3PSS刻蝕完成最終圖形。
[0022]圖4經(jīng)過sputter派射或者是CVD鍍AlN薄膜后的示意圖。
[0023]圖5經(jīng)過第二道勻膠處理有的PSS-AlN襯底圖形。
[0024]圖602等離子體ICP刻蝕去膠后襯底表面的光刻膠剩余示意圖。
[0025]圖7ICP刻蝕AlN后襯底示意圖。
[0026]圖8最終PSS-AlN薄膜襯底示意圖。
[0027]圖9 一般PSS生長MOCVD所需時間和AlN-PSS生長示意圖。
[0028]圖10圖形化藍寶石襯底外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明復合圖形化襯底的制備方法實施例:它包括:
[0030]步驟(I)、制備藍寶石圖形化襯底的步驟；具體為:
[0031]步驟(1.1)、勻光刻膠，如圖1所示，在藍寶石平片2上面均勻的涂布一層厚度為
1.5-3.5um的光刻膠1，此厚底在后面ICP刻蝕的時候，會直接影響到ICP刻蝕藍寶石圖形的高度；
[0032]步驟(1.2)、曝光顯影:利用步進式曝光機(stepper)對已經(jīng)勻好光刻膠I的晶片進行曝光，曝光完成后利用顯影液對曝光完成的片子進行顯影，顯影完成的晶片如圖2所示；
[0033]步驟(1.3)、堅膜處理:顯影后的帶光刻膠圖形的晶片放置在90-150°C的熱板上面堅膜2min-5min，讓光刻膠里面的溶劑揮發(fā)，光刻膠固化，堅膜完成后圖形和圖2基本沒有變化，光刻完成；
[0034]步驟(1.4)、ICP刻蝕:將光刻完成的片子送入到ICP刻蝕，利用BCL3+CF3H/CF4+H2氣體進行刻蝕35-50min，圖形高度在1.5-2.5um,圖形與圖形之間的距離
2.0-5.0um(此尺寸由光刻板設(shè)計決定)，圖形直徑占圖形間距的80% -90%，完成后晶片進行清洗，得藍寶石圖形化襯底(如圖3所示)，其藍寶石晶片3表面具有圖形5 ；
[0035]步驟(2)、在藍寶石圖形化襯底表面通過CVD或者sputter —層厚度15_35nm的AlN層4，如圖4所示；[0036]步驟(3)、如圖5所示，在AlN層上涂布光刻膠1，光刻膠I的厚度大于圖形高度，進行堅膜處理；堅膜處理溫度為90-130°C，時間l-3min。
[0037]步驟(3)中使用的光刻膠與步驟(1.1)中使用的光刻膠，可以采用一樣的光刻膠，也可以米用不一樣的光刻膠。
[0038]步驟⑷、ICP刻蝕:ICP腔體里、在氧氣或氮氣氣氛中電感耦合等離子體刻蝕，通過對ICP時間控制，將光刻膠精確控制去除一部分，留下15-100nm厚光刻膠1，如圖6所示；
[0039]步驟(5)、ICP刻蝕:在 BCL3 或 CF3H 或 CF4 或 BCL3+CF3H 或 BCL3+CF4 氣氛中 ICP 刻蝕，至各圖形上部表面暴露；刻蝕150-250seC，藍寶石圖形表面的AlN被去除，光刻膠下面的AlN被留下，剩下部分光刻膠1，如圖7所示；
[0040]步驟(6)、清洗掉剩下的光刻膠，成品。如圖8所示，得到的復合圖形化襯底包括藍寶石晶片3，所述晶片表面的圖形5高度為1.5-2.5um,圖形5根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的最大比值為0.95，各圖形上部表面暴露，各圖形根部之間沉積有厚度為15-35nm的AlN層。藍寶石晶片表面的圖形
[0041]所述晶片表面的圖形5根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的比值最佳為0.8-0.9。
[0042]所述步驟(4)中，留下光刻膠I的厚度最佳為；40-60nm。
[0043]如圖9所示，一般的圖形化藍寶石襯底送入到MOCVD里面生長的時候，首先將MOCVD爐體問題升高到1000°C左右烘烤，將晶片表面的吸附氣體去除，然后將溫度降低到600°C生長低溫nucleation層，即buffer層(如圖10外延結(jié)構(gòu)所示)，生長buffer完后，升高溫度到950°C長U-GaN(圖9中A點所示)。而本發(fā)明的AlN-PSS將晶片放入到MOCVD后，不再生長buffer，直接將溫度升高到950-1000°C左右，生長高溫的U-GaN，以及外延結(jié)構(gòu)的后面其他層。
[0044]本發(fā)明復合新型圖形襯底，適用于金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)生長GaN工藝。
【權(quán)利要求】
1.一種復合圖形化襯底，它包括藍寶石晶片，所述晶片表面的圖形根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的最大比值為0.95，其特征在于:各圖形上部表面暴露，各圖形根部之間沉積有厚度為15-35nm的AlN層。
2.如權(quán)利要求1所述復合圖形化襯底，其特征在于:藍寶石晶片表面的圖形高度為1.5-2.5um。
3.如權(quán)利要求1或2所述復合圖形化襯底，其特征在于:所述圖形根部外接圓的直徑與相鄰兩圖形中心點之間距離的比值為0.8-0.9。
4.如權(quán)利要求1所述復合圖形化襯底的制備方法，其特征在于:它包括: 步驟(1)、制備藍寶石圖形化襯底的步驟； 步驟(2)、在藍寶石圖形化襯底表面通過化學氣相沉積或者磁控濺射沉積一層厚度15-35nm 的 AlN 層； 步驟(3)、在AlN層上涂布光刻膠，光刻膠的厚度大于圖形高度，進行堅膜處理； 步驟(4)、在氧氣或氮氣氣氛中電感耦合等離子體刻蝕，至光刻膠的厚度為15-100nm; 步驟(5)、在BCL3或 CF3H或CF4或BCL3+CF3H或BCL3+CF4氣氛中ICP刻蝕，至各圖形上部表面暴露； 步驟(6)、清洗掉剩下的光刻膠，成品。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中光刻膠的厚度具體為40_60nm。
【文檔編號】H01L33/20GK103956418SQ201410192509
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】項永昌, 葛久志 申請人:項永昌