專利名稱：一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)以及發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于半導體照明技術(shù)領(lǐng)域，特指一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，另外本實用新型還公開一種采用該襯底的發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
以III-V族氮化鎵(GaN)為代表的氮化物化合物半導體，如氮化鎵(GaN)、氮化鋁 (AlN)、氮化銦αηΝ)、氮化鋁鎵(AWaN)、氮化鎵銦(InGaN)、氮化鋁銦(AlInN)或氮化鋁鎵銦(AKialnN)等在紫外/藍光/綠光發(fā)光二極管、激光器、太陽光盲紫外光電探測器以及高頻、高溫大功率電子器件等諸多領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用。目前藍寶石襯底是氮化物進行異質(zhì)外延生長最為常用的襯底。由于藍寶石襯底和氮化物外延層間存在很大晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，因此利用金屬有機物化學氣相淀積(MOCVD)、氫化物氣相外延 (HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技術(shù)生長的氮化物外延層中存在很大的應(yīng)力和很多晶體缺陷如位錯等，材料的晶體質(zhì)量因此受到很大影響，進而劣化了器件性能。采用圖形化藍寶石襯底(Improve sapphire substrate)的技術(shù)可以緩解藍寶石襯底和氮化物外延層異質(zhì)外延生長中由于晶格失配引起的應(yīng)力，使之得到有效的弛豫，大大降低外延生長的氮化物材料中的位錯密度，使晶體質(zhì)量得到很大提高。但目前圖形藍寶石襯底的制備技術(shù)大多是采用傳統(tǒng)的光刻法制備出光刻圖形，然后以二氧化硅(Sit)》或氮化硅(SiM)層為掩膜， 再利用反應(yīng)離子(RIE)或感應(yīng)耦合等離子(ICP)等設(shè)備干法刻蝕而形成的。由于工藝過程中涉及干法刻蝕設(shè)備，因此工藝過程復雜、成本較高。為了更有效地應(yīng)用于低位錯密度、高晶體質(zhì)量的氮化物的外延生長，發(fā)展成本低、易于實現(xiàn)的圖形化襯底技術(shù)勢在必行。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種無損襯底、結(jié)構(gòu)簡單、出光效率高的圖形化襯底，該圖形化襯底的技術(shù)可以有效避免藍寶石襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，進而提高外延材料的晶體質(zhì)量和均勻性，同時可以減少光的全反射，最終最大程度地提高后續(xù)制作芯片的出光效率。為了達到上述技術(shù)目的，本實用新型提供一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于襯底上鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述襯底為藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)的成分為Al2O315優(yōu)選地，所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。優(yōu)選地，所述光刻膠構(gòu)圖的圖形單元之間的間距在2微米至5微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)的厚度在0. 5微米至3微米之間。優(yōu)選地，所述粗化結(jié)構(gòu)的材料是與藍寶石襯底同組分不同晶格的Al2O315本實用新型在襯底上鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，由于是在襯底上直接鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，所以不會損傷襯底，相對于現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕襯底的結(jié)構(gòu)，具有不會損傷襯底、不需要專業(yè)的干法、濕法刻蝕設(shè)備的優(yōu)點，可大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有效地避免襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上生長外延層可明顯降低位錯密度以及磊晶的缺陷，同時圖形化的粗化結(jié)構(gòu)可減少光的全反射，有助于提高后續(xù)芯片的外部量子效率，進而使后續(xù)產(chǎn)品更加穩(wěn)定、亮度更高。本實用新型還公開一種發(fā)光二極管芯片包括藍寶石襯底，依次生長在襯底上的 N型層、發(fā)光層、P型層以及設(shè)置在N型層與P型層上的N電極和P電極，其特征在于在所述襯底與N型層之間鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。優(yōu)選地，所述粗化結(jié)構(gòu)的厚度在0. 5微米至3微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元之間的間距在2微米至5微米之間。優(yōu)選地，所述襯底為藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)的材料是與藍寶石襯底同組分不同晶格的ai2O3。優(yōu)選地，所述藍寶石襯底的背面還設(shè)置有一層金屬反射層。本實用新型在襯底上鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕襯底的結(jié)構(gòu)，具有不會損傷襯底、不需要專業(yè)的干法、濕法刻蝕設(shè)備的優(yōu)點，因此本實用新型的結(jié)構(gòu)可以有效地避免襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上生長外延層可明顯降低位錯密度以及磊晶的缺陷，同時圖形化的粗化結(jié)構(gòu)可減少光的全反射，有助于提高發(fā)光二極管芯片的外部量子效率，進而使發(fā)光二極管芯片更加穩(wěn)定、亮度更高。

圖1至圖4所示為本實用新型的第一種實施方式；圖5至圖7所示為本實用新型的第二種實施方式；圖8所示為本實用新型的發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9所示為本實用新型的發(fā)光二極管芯片的另一結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細的描述，在介紹本實用新型的圖形化襯底結(jié)構(gòu)之前，先介紹一下本實用新型的圖形化襯底制作工藝，以便幫助理解本實用新型的結(jié)構(gòu)。本實用新型公圖形化襯底的制作方法，具體包括以下步驟 步驟一、如圖1所示，在用于生長半導體外延片的襯底1上涂覆一層光刻膠2，所述光刻膠2的表面通過掩膜形成感光區(qū)域和光阻區(qū)域；步驟二、通過曝光顯影將光刻膠2構(gòu)圖，此時在襯底1上的感光區(qū)域通過曝光后消失，僅在藍寶石襯底1上留下構(gòu)圖化的光阻區(qū)域；光刻膠構(gòu)圖的圖形單元21為圓形、方形、 梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成，如圖2、圖5所示光刻膠2構(gòu)圖的圖形單元21為方形、梯形，所述光刻膠構(gòu)圖的圖形單元21之間的間距Dl 在2微米至5微米之間，采用多種光刻膠構(gòu)圖的圖形可以使粗化結(jié)構(gòu)3進一步降低光線的全反射幾率，提高后續(xù)芯片的出光效率；步驟三、如圖3、圖6所示，通過電子束蒸發(fā)臺蒸鍍或磁控濺射機臺在光刻膠構(gòu)圖
4層上濺鍍一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)3，所述粗化結(jié)構(gòu)3的厚度H在0.5微米至3微米之間；步驟四、通過光刻膠清洗液將圖形化的光刻膠構(gòu)圖部分(即光阻部分)去除，留下圖形化的粗化結(jié)構(gòu)3，所述粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31之間的間距D2在2微米至5微米之間，如圖4、圖7所示。通過實驗表明，將D1、D2、H控制在前述數(shù)值范圍之內(nèi)形成的粗化結(jié)構(gòu)3其穩(wěn)定性以及光萃取效率最好。本實用新型的襯底1優(yōu)選藍寶石襯底，此時的粗化結(jié)構(gòu)3可以選用與藍寶石襯底同組分不同晶格的Al2O3，由于組分相同，所以其結(jié)合性及其機械性能可得到進一步鞏固。本實用新型在步驟四之后進行高溫退火處理，所述高溫處理的溫度在600°C 1200°C之間，優(yōu)選高溫處理的溫度在800°C 1000°C之間，其中高溫處理的溫度在800°C或 850°C或9000C時效果更佳。高溫退火處理可以進一步消除殘余應(yīng)力，減少變形與裂紋傾向， 細化晶粒、調(diào)整組織、消除組織缺陷。本實用新型的圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，在襯底1上鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)3。所述襯底1選用藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)3的成分為Al2O315所述粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。所述粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31之間的間距D2在2微米至5微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)3的厚度H在0. 5微米至3微米之間。所述粗化結(jié)構(gòu)3的材料可以是與藍寶石襯底同組分不同晶格的A1203。本實用新型在襯底上鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，由于是在襯底上直接鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，所以不會損傷襯底，相對于現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕襯底的結(jié)構(gòu)，具有不會損傷襯底、不需要專業(yè)的干法、濕法刻蝕設(shè)備的優(yōu)點，可大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有效地避免襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上生長外延層可明顯降低位錯密度以及磊晶的缺陷，同時圖形化的粗化結(jié)構(gòu)可減少光的全反射，有助于提高后續(xù)芯片的外部量子效率，進而使后續(xù)產(chǎn)品更加穩(wěn)定、亮度更高。本實用新型還公開一種采用前述圖形化襯底的發(fā)光二極管芯片如圖8所示，包括襯底1，依次生長在襯底上的N型層5、發(fā)光層6、P型層7以及設(shè)置在N型層5與P型層7 上的N電極10和P電極9，在所述襯底1與N型層5之間鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)3。所述襯底1選用藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)3的材料是與藍寶石襯底同組分不同晶格的Al2O315 為了改善使后續(xù)磊晶的質(zhì)量還可在粗化結(jié)構(gòu)3與N型層5之間設(shè)置有一層緩沖層4。本實用新型還可在藍寶石襯底1的背面形成一層金屬反射層11，通過反射將芯片的部分光線反射至出光面，增加出光效率。本實用新型還在P型層7與P電極9之間設(shè)置有一層電流擴散層8，所述電流擴散層8完全覆蓋P型層7，以使電流均分布，避免電流的過度集中。為了遏制電流過度集中在P電極9的下方，可在所述P型層7與電流擴散層8之間，對應(yīng)P電極 7的位置上形成有電流阻擋層81，以此來減少電流的過度聚集，最終提高出光效率。所述粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成，以此來最大程度地減少光線的全反射，其中圖8所示圖形單元31為方形，圖9所示圖形單元31為梯形。所述粗化結(jié)構(gòu)的厚度H在0. 5微米至3微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元之間的間距D2在2微米至5微米之間，圖形單元31的橫向?qū)挾茸畲笾礚也在2微米至5微米之間，當然，粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31也可呈差異化不規(guī)律的排布。實驗證明將粗化結(jié)構(gòu)3的圖形單元31控制在前述數(shù)值范圍之內(nèi)可使其機械性能、光學性能可得到最優(yōu)的發(fā)揮。 本實用新型在襯底上鍍有圖形化的粗化結(jié)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕襯底的結(jié)構(gòu)，具有不會損傷襯底、不需要專業(yè)的干法、濕法刻蝕設(shè)備的優(yōu)點，因此本實用新型的結(jié)構(gòu)可以有效地避免襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上生長外延層可明顯降低位錯密度以及磊晶的缺陷，同時圖形化的粗化結(jié)構(gòu)可減少光的全反射，有助于提高發(fā)光二極管芯片的外部量子效率，進而使發(fā)光二極管芯片更加穩(wěn)定、亮度更高。
權(quán)利要求1.一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于襯底上鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底為藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)的成分為ai2O3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光刻膠構(gòu)圖的圖形單元之間的間距在2微米至5微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)的厚度在0. 5微米至3微米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項所述的一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述粗化結(jié)構(gòu)的材料是與藍寶石襯底同組分不同晶格的ai2O3。
6.一種發(fā)光二極管芯片包括襯底，依次生長在襯底上的N型層、發(fā)光層、P型層以及設(shè)置在N型層與P型層上的N電極和P電極，其特征在于在所述襯底與N型層之間鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元為圓形、方形、梯形、正六邊形、菱形、三角形或不規(guī)則圖形中的任何一種或幾種組合而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述粗化結(jié)構(gòu)的厚度在0.5 微米至3微米之間，所述粗化結(jié)構(gòu)的圖形單元之間的間距在2微米至5微米之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項所述的一種圖形化襯底的工藝，其特征在于所述襯底為藍寶石襯底，所述粗化結(jié)構(gòu)的材料是與藍寶石襯底同組分不同晶格的ai2O3。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述藍寶石襯底的背面還設(shè)置有一層金屬反射層。
專利摘要本實用新型提供一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)以及發(fā)光二極管芯片，該襯底上鍍有一層圖形化的粗化結(jié)構(gòu)。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕襯底的結(jié)構(gòu)，具有不會損傷襯底、不需要專業(yè)的干法、濕法刻蝕設(shè)備的優(yōu)點，可大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有效地避免襯底內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，有助于提高后續(xù)芯片磊晶的質(zhì)量和減少光的全反射，進而使后續(xù)產(chǎn)品更加穩(wěn)定、亮度更高。
文檔編號C30B25/18GK201981291SQ201120035968
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者樊邦揚 申請人:廣東銀雨芯片半導體有限公司