一种蓝宝石LED图形衬底及其制备方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102881791 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 1 7 9 1 A *CN102881791A* (21)申请号 201210342069.3 (22)申请日 2012.09.17 H01L 33/10(2010.01) (71)申请人聚灿光电科技(苏州)有限公司 地址 215123 江苏省苏州市工业园区新庆路 8号 (72)发明人陈立人 陈伟 刘慰华 (74)专利代理机构苏州广正知识产权代理有限 公司 32234 代理人张汉钦 (54) 发明名称 一种蓝宝石LED图形衬底及其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种蓝宝

2、石LED图形衬底及其 制备方法，该衬底是基于蓝宝石平片衬底表面沉 积DBR的基础上，采用ICP干法刻蚀制备各种图形 结构。本发明的蓝宝石LED图形衬底实际上为在 蓝宝石衬底上预先沉积DBR反射层的新型图形衬 底，相比传统背镀DBR有更加明显的优势，不仅能 有效提高光取出效率，而且能优化外延层的横向 生长方式，提高外延材料的晶格质量，具有非常实 用的商业价值。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：包括蓝宝石

3、衬底、沉积在所述的蓝宝石衬底 上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于所述的分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，所述 的分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵列，所述 的图形阵列露出于所述的GaN层的上表面。 2.根据权利要求1所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射 镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为中心反射波长的1/4。 3.根据权利要求1所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射 镜DBR层的周期数为5 至7之间。 4.根据权利要求1所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射 镜DBR层由两种半导体材料

4、相互间隔层叠构成，调整两种材料的折射率差值及膜层厚度以 覆盖波长范围为380 nm到700 nm。 5.根据权利要求4所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的分布布拉格反射 镜DBR层包括SiO 2 /TiO 2 结构或SiO 2 /MgO结构。 6.根据权利要求1所述的图形衬底的图案，其特征在于：所述的柱状图形阵列包括三 棱柱、四棱柱、六棱柱。 7.根据权利要求6所述的蓝宝石LED图形衬底，其特征在于：所述的柱状图形阵列的 间隙范围为0.20.4 um，图形高度为1.41.6 um。 8.一种根据以上任一权利要求所述的蓝宝石LED图形衬底的制备方法，包括以下步 骤： a) 在平片蓝宝石

5、衬底表面上沉积分布布拉格反射镜DBR层； b) 依次在所述的分布布拉格反射镜DBR层上涂覆光刻胶层、烘烤、曝光、显影、后烘， 将光刻板的图形阵列转移到光刻胶层上； c) 采用ICP干法刻蚀技术对具有图形化光刻胶涂层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将图形 阵列转移到蓝宝石衬底上后去除光刻胶涂层； d) 依次沉积GaN层及后续外延层，并且所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表 面。 9.根据权利要求8所述的蓝宝石LED图形衬底的制备方法，其特征在于：所述的分布 布拉格反射镜DBR层采用E-Beam蒸镀工艺。 10.根据权利要求9所述的蓝宝石LED图形衬底的制备方法，其特征在于：当所述的分 布布拉格反射镜D

6、BR层由SiO 2 /TiO 2 结构构成时，采用在氧气环境中压力为1.310-4Torr、 温度为310的蒸镀条件。 权 利 要 求 书CN 102881791 A 1/3页 3 一种蓝宝石 LED 图形衬底及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种蓝宝石LED图形衬底。 背景技术 0002 对于传统蓝宝石LED图形衬底来说，在外延过程中，容易在PSS衬底的包侧壁结 晶，生长各个晶向的外延材料，降低了外延层的晶格质量，从而增加缺陷密度，严重影响到 LED的内量子效率；而传统DBR层蒸镀在芯片背面，增加了芯片段的工艺流程和复杂性。 发明内容 0003 本发明的目的是针对现有DBR背镀技术

7、中的LED芯片出光率稍低的问题，提供一 种更多出光的新型图形化衬底。 0004 为达到以上目的，本发明提供了一种蓝宝石LED图形衬底，包括蓝宝石衬底、沉 积在所述的蓝宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于所述的分布布拉格反射镜 DBR层上方的GaN层，所述的分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形 成有柱状图形阵列，所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表面。由于频率落在能隙范 围内的电磁波无法穿透，该DBR的反射率可达99%以上。它没有金属反射镜的吸收问题，可 以透过改变材料的折射率或厚度来调整能隙位置，覆盖反射光范围为绝大部分可见光。 0005 作为进一步优化方案，所

8、述的分布布拉格反射镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为 中心反射波长的1/4。 0006 作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层的周期数为5 至7之间，对 LED发射率最大可到99.5%以上。 0007 作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层由两种半导体材料相互间 隔层叠构成，调整两种材料的折射率差值及膜层厚度以覆盖波长范围为380 nm到700 nm。 0008 作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层包括SiO 2 /TiO 2 结构或 SiO 2 /MgO结构。 0009 作为进一步优化方案，所述的柱状图形阵列包括三棱柱、四棱柱、六棱柱，需要指 出的是，本发

9、明包括但不局限于上述图形，不同图形配合不同的外延工艺，可以达到最大程 度上的出光效率的目的。 0010 作为进一步优化方案，所述的柱状图形阵列的间隙范围为0.20.4 um，图形高 度为1.41.6 um。 0011 根据本发明的另一个方面，提供了一种上述蓝宝石LED图形衬底的制备方法，包 括以下步骤： a) 在平片蓝宝石衬底表面上沉积分布布拉格反射镜DBR层； b) 依次在所述的分布布拉格反射镜DBR层上涂覆光刻胶层、烘烤、曝光、显影、后烘， 将光刻板的图形阵列转移到光刻胶层上； c) 采用ICP干法刻蚀技术对具有图形化光刻胶涂层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将图形 说 明 书CN 10288179

10、1 A 2/3页 4 阵列转移到蓝宝石衬底上后去除光刻胶涂层； d) 依次沉积GaN层及后续外延层，并且所述的图形阵列露出于所述的GaN层的上表 面。 0012 作为进一步优化方案，所述的分布布拉格反射镜DBR层采用E-Beam蒸镀工艺， 当所述的分布布拉格反射镜DBR层由SiO2/TiO2结构构成时，采用在氧气环境中压力为 1.310-4Torr、温度为310的蒸镀条件，但该工艺不仅限于该种DBR材料制备。 0013 与现有LED芯片背镀DBR技术相比，本发明的蓝宝石LED图形衬底实际上为在蓝 宝石衬底上预先沉积DBR反射层的新型图形衬底，相比传统背镀DBR有更加明显的优势，不 仅能有效提高

11、光取出效率，而且能优化外延层的横向生长方式，提高外延材料的晶格质量， 具有非常实用的商业价值。简单的改变DBR层的所处位置，无需另外增加任何芯片工艺，与 现有的芯片工艺完全兼容。 附图说明 0014 图1为根据本发明的蓝宝石LED图形衬底的剖面结构示意图； 图2为根据本发明的蓝宝石LED图形衬底的实施例一的示意图； 图3为根据本发明的蓝宝石LED图形衬底的实施例二的示意图； 图4为根据本发明的蓝宝石LED图形衬底的实施例三的示意图。 具体实施方式 0015 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确

12、的界定。 0016 参见附图1至附图4所示，一种蓝宝石LED图形衬底，包括蓝宝石衬底、沉积在蓝 宝石衬底上的分布布拉格反射镜DBR层、沉积于分布布拉格反射镜DBR层上方的GaN层，分 布布拉格反射镜DBR层的每层薄膜的光学厚度为中心反射波长的1/4，周期数为5 至7之 间，对LED发射率最大可到99.5%以上。 0017 分布布拉格反射镜DBR层由多层周期结构的薄膜构成并刻蚀形成有柱状图形阵 列，图形阵列露出于GaN层的上表面。由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，该DBR 的反射率可达99%以上。它没有金属反射镜的吸收问题，可以透过改变材料的折射率或厚 度来调整能隙位置，覆盖反射光范围为绝

13、大部分可见光。 0018 在平片蓝宝石衬底表面上沉积DBR，可以是由两种半导体材料相互间隔层叠构成， 材料为SiO 2 /TiO 2 或SiO 2 /MgO的周期结构薄膜，通过调整材料为SiO 2 /TiO 2 或SiO 2 /MgO(等 其他搭配的)两种材料的折射率差值及厚度，覆盖波长范围为380 nm到700 nm。 0019 参见附图2、附图3、附图4，柱状图形阵列包括三棱柱、四棱柱、六棱柱，需要指出 的是，本发明包括但不局限于上述图形，不同图形配合不同的外延工艺，可以达到最大程度 上的出光效率的目的。柱状图形阵列的间隙范围为0.20.4 um，图形高度为1.41.6 um。 0020

14、上述蓝宝石LED图形衬底的制备方法包括以下步骤： a) 设计制作具有上述衬底图形结构的光刻板； b) 在平片蓝宝石衬底表面上沉积分布布拉格反射镜DBR层； 说 明 书CN 102881791 A 3/3页 5 c) 光刻：依次在分布布拉格反射镜DBR层上涂覆光刻胶层、烘烤、曝光、显影、后烘， 将光刻板的图形阵列转移到光刻胶层上； d) 采用ICP干法刻蚀技术对具有图形化光刻胶涂层的蓝宝石衬底进行刻蚀，将图形 阵列转移到蓝宝石衬底上后去除光刻胶涂层； e) 依次沉积GaN层及后续外延层，并且图形阵列露出于GaN层的上表面。 0021 需要注意的是，分布布拉格反射镜DBR层采用E-Beam蒸镀工艺

15、，当分布布拉格反 射镜DBR层由SiO2/TiO2结构构成时，采用在氧气环境中压力为1.310-4Torr、温度为 310的蒸镀条件，但该工艺不仅限于该种DBR材料制备。 0022 利用本发明制备的新型图形化衬底来生长外延层，能优化外延层的横向生长方 式，提高晶格质量。然后仅仅需要采用普通芯片工艺制程即可，减少了芯片工艺流程，此外， 这种芯片外延层下直接接触到DBR图形，相比传统的DBR背镀有更能有效提高光取出效率。 0023 以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的 人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神 实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。 说 明 书CN 102881791 A 1/1页 6 图1 图2 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102881791 A