[实用新型]用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底

说明书

技术领域

本实用型新属于LED制造工艺技术领域，尤其涉及一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底。

背景技术

LED的结构已趋于成熟和完善，但可用于GaN(氮化镓)基LED的衬底材料却寥寥无几，可用于商业化的衬底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用蓝宝石和碳化硅两种衬底材料，其中蓝宝石材料由于具有化学稳定性好、生产技术相对成熟等优势而应用最为广泛，但用蓝宝石材料作为GaN基LED的衬底也存在很多问题，首先蓝宝石材料存在晶格失配和热应力失配，所述的晶格失配和热应力失配不仅会在外延材料中产生大量的缺陷，而且还会给后续器件的加工增加额外的困难；其次蓝宝石材料的导热性能也不太好，而为了将LED芯片产生的热量通过蓝宝石衬底导出，通常需要将蓝宝石衬底的厚度由400-500um减薄到100um以内(当然，对蓝宝石衬底材料减薄的另一个目的是为了后续切割的方便)，由于蓝宝石衬底的硬度却仅次于金刚石，这一缺点无疑大大增加了减薄工艺的时间成本和金钱成本；再有，近年来为了迎接LED发光亮度的挑战，将LED的应用领域扩大到通用照明领域，需要制作出各种各样的图形化的蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)或光子晶体，而要在较高硬度的蓝宝石衬底上制作所述的PSS衬底或光子晶体，需要昂贵的设备，无疑增加了困难和成本，不仅如此，由于外延材料生长的要求，衬底图形之间的间距不能太小，这就减少了散射或漫反射界面的面积，进而限制了图形化的蓝宝石衬底彻底提高LED发光亮度作用的发挥。虽可以通过在PSS衬底的图形表面增加纳米粗化结构来进一步增加散射或漫反射界面的面积，从而更有效地提高LED的发光亮度，然而再做纳米粗化结构的工艺较为复杂，且不够成熟。

铌酸锂(Lithium Niobate，LiNbO3)晶体是一种通用型人工合成晶体，铌酸锂晶体之所以受到广泛的关注是因为它是目前人们所发现的光子学性能最多、综合指标最好的晶体。与蓝宝石相比，铌酸锂晶体的晶格结构和热膨胀系数与GaN外延材料的晶格结构和热膨胀系数更匹配，且其硬度既能满足芯片加工过程中的工艺窗口，又没有蓝宝石衬底的硬度那么高。因此，铌酸锂晶体作为LED的衬底，将会降低外延材料中的各种缺陷，也会降低后续器件加工的难度，同时还会降低减薄工艺的时间成本和金钱成本。但是，铌酸锂晶体被用于制作集成电路中某些器件时，刻蚀速率比较低，且不易形成光滑的表面，其原因是人们通常采用氟基等离子体对铌酸锂晶体进行刻蚀，在刻蚀过程中铌酸锂晶体的表面会形成一层氟化锂颗粒，氟化锂颗粒不但会阻碍氟基等离子体对铌酸锂晶体的进一步刻蚀，而且还会在铌酸锂晶体表面形成一层粗糙的颗粒。因此，铌酸锂晶体被氟基等离子体刻蚀而在铌酸锂晶体的表面形成氟化锂颗粒成为集成电路中的一个缺陷。

而在LED领域中，常常用粗化技术来提高LED的出光率。如果能克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，并且能利用被氟基等离子体刻蚀而不易形成光滑的铌酸锂晶体表面的现象制造铌酸锂衬底，将所述的不光滑的铌酸锂衬底作为LED的衬底用于LED领域却是一个优点。但是，在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的同时，合理的利用被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。

实用型新内容

本实用型新的目的是提供一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，即可以克服氟基等离子体刻蚀铌酸锂晶体的速率比较低的问题，又可以解决被氟基等离子体刻蚀而形成的表面不光滑的铌酸锂晶体作为LED衬底的问题。

为了解决上述问题，本实用型新提出一种用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，所述铌酸锂衬底表面具有图形化结构，且所述图形化结构的表面具有纳米粗糙结构。

进一步的，所述图形化结构由圆锥形、多棱锥形、圆台形、柱形或不规则图形中的任何一种或几种的阵列排列形成。

由上述技术方案可见，本实用型新与传统制备图形化的蓝宝石衬底的工艺相比，本实用型新公开的用于制备LED芯片的具有图形化结构的铌酸锂衬底，具有以下方面的优势：