圖形化藍(lán)寶石襯底及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種圖形化藍(lán)寶石襯底及其制作方法，以及采用該圖形化藍(lán)寶石襯底的發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]PSS (Patterned Sapphire Substrate，圖形化藍(lán)寶石襯底)是在藍(lán)寶石襯底上利用光刻、刻蝕等工藝，形成具有圖形化表面的藍(lán)寶石襯底。圖形化襯底一方面能夠有效降低外延結(jié)構(gòu)層的位錯(cuò)密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，進(jìn)而能提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子發(fā)光效率，另一方面，由于圖形結(jié)構(gòu)增加了光的散射，改變了發(fā)光二極管的光學(xué)線路，進(jìn)而提升了出光幾率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出一種圖形化藍(lán)寶石襯底及采用該襯底的發(fā)光二極管的制作方法，其制作的圖形化藍(lán)寶石襯底以及其上的發(fā)光二極管，通過(guò)增加圖形化襯底的圖案表面的反光面積，可以提尚襯底對(duì)光線的反射，從而提升發(fā)光一■極管的出光效率。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:圖形化藍(lán)寶石襯底的制備方法，包括如下步驟，S1、提供一藍(lán)寶石平片襯底，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，在第一表面上形成掩膜層，具有周期排列的掩膜圖案，所述掩膜圖案具有至少一個(gè)向外延伸的凹陷，所述凹陷對(duì)應(yīng)于所述藍(lán)寶石襯底的晶格方向；S2、采用濕法刻蝕所述藍(lán)寶石平片襯底的第一表面，形成若干個(gè)周期性排列的相互間隔的圖案，構(gòu)成圖形化藍(lán)寶石襯底，其中所述掩膜圖案之凹陷處刻蝕速率較快。
[0005]優(yōu)選的，所述步驟S2所形成的圖案具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)面和至少一個(gè)夾置于所述相鄰側(cè)面之間的凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)的深度和寬度自所述圖案的頂部向底部逐漸減小。
[0006]優(yōu)選的，所述圖案還包括一頂面和一底面，所述凹陷區(qū)夾置于所述相鄰側(cè)面和頂面之間。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟S1中形成的掩膜圖案還具有復(fù)數(shù)個(gè)向外延伸的凸起，所述凸起對(duì)應(yīng)于所述藍(lán)寶石襯底的晶格方向之間。
[0008]優(yōu)選的，所述凸起和凹陷交替排列，所述凸起和凹陷的數(shù)目均為3。
[0009]優(yōu)選的，所述相鄰?fù)蛊鹬g的夾角范圍為90° ~150°。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟S1中形成的掩膜圖案之邊緣與中心的距離范圍為0.25 μπι~10 μm，所述掩膜圖案的高度為1 μηι~10 μm，相鄰掩膜圖案之間的間距為0.5 μπι -10 μπι。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟S1中形成的掩膜層的材料為光阻、氧化物或金屬。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟S2中濕法刻蝕采用濃硫酸和磷酸混合液刻蝕藍(lán)寶石襯底第一表面形成圖型化藍(lán)寶石襯底，刻蝕時(shí)間為500s~3500s，刻蝕溫度為150°C ~300°C。
[0013]本發(fā)明還提供了發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟:
S1、提供一藍(lán)寶石平片襯底，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，在第一表面上形成掩膜層，具有周期排列的掩膜圖案，所述掩膜圖案有至少一個(gè)向外延伸的凹陷，所述凹陷對(duì)應(yīng)于所述藍(lán)寶石襯底的晶格方向；S2、采用濕法刻蝕所述藍(lán)寶石平片襯底的第一表面，形成若干個(gè)周期性排列的相互間隔的圖案，構(gòu)成圖形化藍(lán)寶石襯底，其中掩膜圖案之凹陷處刻蝕速率較快；S3、在所述圖形化藍(lán)寶石襯底表面采用PVD法形成一 A1N層；S4、在所述A1N層上外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其至少包括N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟S2所形成的圖案具有復(fù)數(shù)個(gè)側(cè)面和至少一個(gè)夾置于所述相鄰側(cè)面之間的凹陷區(qū)，所述凹陷區(qū)的深度和寬度自所述圖案的頂部向底部逐漸減小優(yōu)選的，所述圖案還包括一頂面和一底面，所述凹陷區(qū)夾置于所述相鄰側(cè)面和頂面之間。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟S1中形成的掩膜圖案還具有復(fù)數(shù)個(gè)向外延伸的凸起，其對(duì)應(yīng)于所述藍(lán)寶石襯底的晶格方向之間。
[0016]優(yōu)選的，所述凸起和凹陷交替排列，所述凸起和凹陷的數(shù)目均為3。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟S3中A1N層的厚度為10埃~200埃。
[0018]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0020]圖1為監(jiān)寶石晶格結(jié)構(gòu)俯視不意圖。
[0021]圖2~圖3為現(xiàn)有技術(shù)中圖形化藍(lán)寶石襯底的圖案之SEM側(cè)視圖。
[0022]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于制作圖形化藍(lán)寶石襯底的流程示意圖。
[0023]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于制作圖形化藍(lán)寶石襯底的掩膜層圖案。
[0024]圖6為圖5所示掩膜層圖案的放大圖。
[0025]圖7~圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種圖形化藍(lán)寶石襯底的SEM圖。其中，圖7為圖形化藍(lán)寶石襯底的整體立體圖，圖8為圖形化藍(lán)寶石襯底之單個(gè)圖案的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖9為圖形化藍(lán)寶石襯底之單個(gè)圖案的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種用于制作發(fā)光二極管的流程示意圖。
[0027]圖11為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中標(biāo)號(hào)表示:10.圖形化藍(lán)寶石襯底；20.圖形化藍(lán)寶石襯底；21.襯底的圖案；210.頂面；2101.頂面的凸起結(jié)構(gòu)；2102.頂面的凹陷結(jié)構(gòu)；211.底面；212.側(cè)面；2121.第一側(cè)面；2122.第二側(cè)面；213.凹陷區(qū)；2130.傾斜面；30.掩膜圖案；31.掩膜圖案之凹陷；32.掩膜圖案之凸起。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]PSS 一般采用干法刻蝕或濕法刻蝕制備。干法刻蝕主要是采用等離子體(ICP)轟擊襯底表面制備圖案，具有各向同性的特點(diǎn)，制備出的圖形形貌可控，但是容易產(chǎn)生物理?yè)p傷，同時(shí)表面反射率較差，不利于進(jìn)一步提高LED出光效率。濕法刻蝕主要是采用化學(xué)溶液腐蝕襯底制備圖案，具有設(shè)備成本低、操作工藝簡(jiǎn)單、襯底表面反射率較高等優(yōu)點(diǎn)，適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)使用。
[0031]圖1示出了藍(lán)寶石晶格結(jié)構(gòu)的俯視示意圖，具體為六方晶格結(jié)構(gòu)，其中常被應(yīng)用的切面有A面、C面及R面。由于藍(lán)寶石C面與II1- V和I1- VI族沉積薄膜之間的晶格常數(shù)失配率較小，通常使用C面進(jìn)行外延生長(zhǎng)。采用濕法刻蝕藍(lán)寶石襯底時(shí)，由于藍(lán)寶石晶格結(jié)構(gòu)的特性，刻蝕溶液僅能沿藍(lán)寶石晶格方向腐蝕，通常形成三角錐型圖案。圖2~3顯示了現(xiàn)有技術(shù)中濕法刻蝕獲得的圖案化藍(lán)寶石襯底10，其工藝一般是在藍(lán)寶石襯底的C面上形成諸如圓柱形的掩膜圖案，然后進(jìn)行濕法刻蝕。在前述刻蝕過(guò)程中，刻蝕溶液、刻蝕時(shí)間、刻蝕溫度是三個(gè)主要參數(shù)，在刻蝕溶液和刻蝕溫度一定時(shí)，刻蝕時(shí)間越長(zhǎng)，所獲得的襯底圖案底部寬度越大，但是相鄰襯底圖案的間距會(huì)減小。
[0032]為解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明結(jié)合下面實(shí)施例公開一種圖形化藍(lán)寶石襯底的制作方法，通過(guò)該方法制作的圖形化藍(lán)寶石襯底在保持襯底圖案的間距不變的情況下，增大了圖案的底部寬度，增多了圖案表面反射光線的反射面。
[0033]參看圖4~6，下面實(shí)施例公開了一種圖形化藍(lán)寶石襯底的制作方法，具體包括如下步驟:
S1、提供一藍(lán)寶石平片襯底，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，如圖5和6所示，在第一表面上形成掩膜層，具有周期排列的掩膜圖案30，其具有至少一個(gè)向外延伸的凹陷31，凹陷31對(duì)應(yīng)于藍(lán)寶石襯底的晶格方向。較佳的，該掩膜圖案30還具有復(fù)數(shù)個(gè)向外延伸的凸起32，其對(duì)應(yīng)于藍(lán)寶石襯底的晶格方向之間。在本實(shí)施例中，凹陷31和凸起32交替排列，與藍(lán)寶石的晶格方向數(shù)目一致，凸起31和凹陷32的數(shù)目均為3，在其他變形實(shí)施例中，凸起31和凹陷32的數(shù)目也可設(shè)置為1個(gè)或者2個(gè)。相鄰?fù)蛊?2之間的夾角Θ值可相同也可不同，范圍為90° ~150°。掩膜圖案30的邊緣與中心的距離范圍為0.25 μπι ~10μπι，具體地，凹陷31邊緣與中心的距離R1范圍0.25 μπι ~2.5 μπι，凸起32邊緣與中心的距離R2的范圍為0.75~10μπι;掩膜圖案30的高度范圍為1 μπι~10μπι，間距為0.5μπι ~10μπι，相鄰3個(gè)掩膜圖案30排列成三角形；掩膜層的材料為光阻、氧化物或金屬。
[0034]S2、采用濕法刻蝕所述藍(lán)寶石平片襯底的第一表面，形成若干個(gè)周期性排列的相互間隔的圖案21 (如圖7所示)，構(gòu)成圖形化藍(lán)寶石襯底，其中掩膜圖案30之凹陷31處刻蝕速率較快。濕法刻蝕采用濃硫酸和磷酸混合液刻蝕藍(lán)寶石襯底第一表面形成圖型化藍(lán)寶石襯底20，濃硫酸和磷酸的體積比為1:1~10:1，刻蝕時(shí)間為500s~3500s，刻蝕溫度為150°C ?300。。。
[0035]參看圖7，上述制作方法制作的圖形化藍(lán)寶石襯