一种图形化复合衬底及其制备方法、LED外延片与流程

本发明实施例涉及半导体制造，尤其涉及一种图形化复合衬底及其制备方法、led外延片。

背景技术：

1、图形化衬底是指以刻蚀的方式，在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有特定规则的微结构图形，以此提升外延层的生长质量，提高发光二极管(light-emittingdiode，led)的出光性能。图形化衬底提升led性能的因素主要包括：1、异质外延时蓝宝石c面形核，位错沿图形侧壁生长，弯曲汇合从而降低位错密度提高晶体质量；2、图形可对有源区发出的光进行散射，提升光提取效率。

2、在相同的图形周期下，图形的底宽越大，图形化衬底与外延材料的接触面越大，使得更多的光子有更大的概率通过图形表面散射出去，从而提升亮度。因此，在外延工艺窗口允许的前提下，业内对图形底宽的尺寸需求不断增大。但在图形周期一定的情况下，图形底宽越大，图形间距会越小，导致可用于外延形核的c面面积也会越少，进而造成外延材料生长困难，晶体质量下降。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种图形化复合衬底及其制备方法、led外延片，在保证图形化复合衬底中图形底宽较大的基础上，增加蓝宝石衬底c面面积，提升外延材料生长效果。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种图形化复合衬底的制备方法，包括：

3、在蓝宝石衬底上依次形成异质层和掩膜层；

4、对所述掩膜层进行图案化处理，形成掩膜图形；

5、基于所述掩膜图形，采用干法刻蚀工艺对所述异质层进行图案化处理，在所述蓝宝石衬底上形成多个凸起结构；任意相邻两个所述凸起结构之间裸露出所述蓝宝石衬底；

6、采用湿法刻蚀工艺对裸露的所述蓝宝石衬底进行刻蚀，以在任意相邻两个所述凸起结构之间形成凹槽结构；所述凹槽结构的底面为蓝宝石衬底的c面，沿所述蓝宝石衬底指向所述凸起结构的方向，所述凹槽结构的侧壁向所述凹槽结构的中心倾斜。

7、第二方面，本发明实施例还提供了一种图形化复合衬底，采用本发明任意实施例提供的图形化复合衬底的制备方法制备而成，所述图形化复合衬底包括：

8、蓝宝石衬底；

9、位于所述蓝宝石衬底上的多个凸起结构以及位于任意相邻两个所述凸起结构之间的凹槽结构，所述凹槽结构的底面为所述蓝宝石衬底的c面，沿所述蓝宝石衬底指向所述凸起结构的方向，所述凹槽结构的侧壁向所述凹槽结构的中心倾斜。

10、第二方面，本发明实施例还提供了一种led外延片，包括本发明任意实施例提供的图形化复合衬底以及形成于所述图形化复合衬底上的外延层。

11、本发明实施例中，首先在蓝宝石衬底上依次形成异质层和掩膜层；随后对掩膜层进行图案化处理，形成掩膜图形；基于掩膜图形，采用干法刻蚀工艺对异质层进行图案化处理，在蓝宝石衬底上形成多个凸起结构，任意相邻两个凸起结构之间裸露出蓝宝石衬底；进一步地，采用湿法刻蚀工艺对裸露的蓝宝石衬底进行刻蚀，以在任意相邻两个凸起结构之间形成凹槽结构；凹槽结构的底面为蓝宝石衬底的c面，沿蓝宝石衬底指向凸起结构的方向，凹槽结构的侧壁向所述凹槽结构的中心倾斜。采用上述方案，在保证图形化复合衬底的凸起结构底宽较大的基础上，增加蓝宝石衬底c面面积，为外延材料的形核生长提供更多表面，增加外延材料的形核窗口，降低外延材料的生长难度，进而提升外延层的晶体质量。

技术特征：

1.一种图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺对裸露的所述蓝宝石衬底进行刻蚀，以在任意相邻两个所述凸起结构之间形成凹槽结构，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在将带有所述凸起结构的所述蓝宝石衬底置于湿法刻蚀溶液中，并对所述蓝宝石衬底带有所述凸起结构的一侧进行紫外光照射，以在任意相邻两个所述凸起结构之间形成凹槽结构之前，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将硫酸和磷酸按照第一体积比例混合，形成所述第一湿法刻蚀溶液，包括：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜图形的占空比大于或等于40％；所述掩膜图形的占空比为所有所述掩膜图形在所述蓝宝石衬底上投影图形的总面积与所述掩膜层在所述蓝宝石衬底上投影图形的总面积的比值。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基于所述掩膜图形，采用干法刻蚀工艺对所述异质层进行图案化处理，在所述蓝宝石衬底上形成多个凸起结构之前，还包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，按照所述目标占空比确定干法刻蚀参数，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，确定所述凸起结构的目标占空比，包括：

9.一种图形化复合衬底，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成，所述图形化复合衬底包括：

10.根据权利要求9所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述凸起结构的占空比大于或等于85％，所述凸起结构的占空比为所有所述凸起结构在所述蓝宝石衬底上的正投影图形的总面积与所述蓝宝石衬底设置有所述凸起结构的一侧表面的总面积的比值。

11.一种led外延片，其特征在于，包括如权利要求9或10所述的图形化复合衬底，以及形成于所述图形化复合衬底上的外延层。

技术总结
本发明公开了一种图形化复合衬底及其制备方法、LED外延片。制备方法包括：在蓝宝石衬底上依次形成异质层和掩膜层；对掩膜层进行图案化处理，形成掩膜图形；基于掩膜图形，采用干法刻蚀工艺对异质层进行图案化处理，在蓝宝石衬底上形成多个凸起结构；采用湿法刻蚀工艺对裸露的蓝宝石衬底进行刻蚀，以在任意相邻两个凸起结构之间形成凹槽结构；凹槽结构的底面为蓝宝石衬底的C面，沿蓝宝石衬底指向凸起结构的方向，凹槽结构的侧壁向凹槽结构的中心倾斜。采用上方案，可兼顾图形化复合衬底的凸起结构底宽以及裸露的蓝宝石衬底C面面积，为外延材料的形核生长提供更多表面，降低外延材料的生长难度，进而提升外延层的晶体质量。

技术研发人员：曾广艺,王子荣,卢建航,陆前军,张剑桥,王农华
受保护的技术使用者：广东中图半导体科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15