[发明专利]图形化复合衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片

说明书

本发明涉及半导体技术领域，公开了一种图形化复合衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片，衬底包括：衬底本体（110），以及设置于该衬底本体（110）上的周期性的凸起结构（120），所述凸起结构（120）包括底部图案层（123）、顶部图案层（121）以及镶嵌在所述顶部图案层（121）内部的至少一层金属薄膜反射层（122）。本申请中通过顶层图案层与金属薄膜反射层的双重作用，共同提高衬底的反射率，进而提高LED芯片的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种图形化复合衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片。

背景技术

目前，GaN基LED器件主要使用蓝宝石做衬底，由于蓝宝石衬底与GaN基LED材料在晶格常数与热膨胀系数方面的差异，导致GaN基LED外延层中存在相当高的穿透位错密度(10⁸～10¹⁰cm^-2) 以及非常大的内应力，严重影响GaN基LED光学特性的进一步提高。材料缺陷与内应力的存在是GaN基LED 技术进一步提高内量子效率的主要瓶颈。为了降低GaN外延材料中的缺陷密度与内应力，目前采用等离子体刻蚀( 韩国专利1020080087406) 与湿法化学腐蚀(中国专利CN1700449A) 技术在蓝宝石上制作图形化衬底（即PSS图案层）的技术，能在一定程度上降低外延层中的位错密度、提高LED 的内量子效率。但是GaN与蓝宝石界面处对入射光的反射率不高，造成大部分进入蓝宝石衬底的光不能被有效提取，从而导致LED器件的外量子效率比较低。

随着LED显示行业的飞速发展，消费市场对产品品质和亮度要求越来越高，目前传统微纳米图案化蓝宝石衬底的LED芯片亮度技术上遇到瓶颈，难以满足市场对高亮度LED的要求，因此必须从材料和结构方面入手，采用新的蓝宝石衬底制备方法以满足人们的要求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种图形化复合衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片，本申请中通过顶层图案层与金属薄膜反射层的双重作用，共同提高衬底的反射率，进而提高LED芯片的发光效率。

技术方案：本发明提供了一种图形化复合衬底，包括衬底本体，以及设置于该衬底本体上的周期性的凸起结构，所述凸起结构包括底部图案层、顶部图案层以及镶嵌在所述顶部图案层内部的至少一层金属薄膜反射层。

优选地，所述金属薄膜反射层为平行于所述衬底本体的平面层。金属薄膜反射层设计成平行于衬底本体，是为了能够更大限度地发挥金属薄膜反射层对光的反射效果。

优选地，所述金属薄膜反射层的直径d1小于所述顶部图案层的底面直径d2。这样设计是为了保证金属薄膜反射层能够被完整地包裹在顶部图案层内，防止金属薄膜反射层暴露在外发生漏电现象。

优选地，所述金属薄膜反射层的直径d1为所述顶部图案层的底面直径d2的50~95%。金属薄膜反射层的直径过大，不能保证完全被顶部图案层包裹，过小则反射效果差。

优选地，所述金属薄膜反射层的厚度为10 nm~500 nm。例如10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；在一定范围内，金属薄膜反射层的厚度越厚，对光的反射效果越好，但是厚度进一步增大后，反射效果并不会无限增加，反而会因为厚度增大引发其他问题，最终将厚度范围确定在10 nm~500 nm之间比较合适。