[发明专利]一种图形化衬底的工艺及其结构以及发光二极管芯片

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，特指一种图形化衬底的工艺，另外本发明还公开一种图形化衬底的结构以及采用该衬底的发光二极管芯片。

背景技术

以III-V族氮化镓(GaN)为代表的氮化物化合物半导体，如氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化镓铟(InGaN)、氮化铝铟(AlInN)或氮化铝镓铟(AlGaInN)等在紫外/蓝光/绿光发光二极管、激光器、太阳光盲紫外光电探测器以及高频、高温大功率电子器件等诸多领域有着重要而广泛的应用。目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最为常用的衬底。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)或分子束外延(MBE)等外延技术生长的氮化物外延层中存在很大的应力和很多晶体缺陷如位错等，材料的晶体质量因此受到很大影响，进而劣化了器件性能。采用图形化蓝宝石衬底(Improve sapphire substrate)的技术可以缓解蓝宝石衬底和氮化物外延层异质外延生长中由于晶格失配引起的应力，使之得到有效的弛豫，大大降低外延生长的氮化物材料中的位错密度，使晶体质量得到很大提高。但目前图形蓝宝石衬底的制备技术大多是采用传统的光刻法制备出光刻图形，然后以二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN4)层为掩膜，再利用反应离子(RIE)或感应耦合等离子(ICP)等设备干法刻蚀而形成的。由于工艺过程中涉及干法刻蚀设备，因此工艺过程复杂、成本较高。为了更有效地应用于低位错密度、高晶体质量的氮化物的外延生长，发展成本低、易于实现的图形化衬底技术势在必行。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种无损衬底、制作工艺简单、出光效率高的图形化衬底制作工艺，该工艺技术可以有效避免蓝宝石衬底内部裂纹的产生，进而提高外延材料的晶体质量和均匀性，同时可以减少光的全反射，最终最大程度地提高后续制作芯片的出光效率。

为了达到上述技术目的，本发明提供一种图形化衬底的工艺，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、在用于生长半导体外延片的蓝宝石衬底上涂覆一层光刻胶；

步骤二、通过曝光显影将光刻胶构图；

步骤三、通过电子束蒸发台蒸镀或磁控溅射机台在光刻胶构图层上溅镀一层图形化的粗化结构；

步骤四、去除光阻，留下图形化的粗化结构。

优选地，在步骤四之后进行高温处理，所述高温处理的温度在600℃～1200℃之间。

优选地，所述高温处理的温度在800℃～1000℃之间。

优选地，所述高温处理的温度为800℃或850℃或900℃。

优选地，所述光刻胶构图的图形单元为圆形、方形、梯形、正六边形、菱形、三角形或不规则图形中的任何一种或几种组合而成。

优选地，所述光刻胶构图的图形单元之间的间距在2微米至5微米之间，所述粗化结构的厚度在0.5微米至3微米之间。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述粗化结构的材料是与蓝宝石衬底同组分不同晶格的Al₂O₃。

本发明在衬底上通过蒸镀或溅镀的方式形成有图形化的粗化结构，由于采用直接蒸镀或溅镀的方式形成图形化的粗化结构，所以不会损伤衬底，相对于现有技术中刻蚀衬底的方法，具有不会损伤衬底、不需要专业的干法、湿法刻蚀设备的优点，可大幅度节约生产成本，提高生产效率，有效地避免衬底内部裂纹的产生，在此基础上生长外延层可明显降低位错密度以及磊晶的缺陷，同时图形化的粗化结构可减少光的全反射，有助于提高后续芯片的外部量子效率，进而使后续产品更加稳定、亮度更高。

本发明还公开一种图形化衬底的结构，其特征在于：衬底上镀有一层图形化的粗化结构。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述粗化结构的成分为Al₂O₃。

优选地，所述粗化结构的图形单元为圆形、方形、梯形、正六边形、菱形、三角形或不规则图形中的任何一种或几种组合而成。

优选地，所述光刻胶构图的图形单元之间的间距在2微米至5微米之间，所述粗化结构的厚度在0.5微米至3微米之间。

优选地，所述粗化结构的材料是与蓝宝石衬底同组分不同晶格的Al₂O₃。