一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片与流程

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

背景技术：

1、目前gan材料大多采用异质外延方式，硅(si)、碳化硅(sic)和蓝宝石(al2o3)等都是其较为常见的衬底材料。但si与gan存在较大的晶格失配度；sic价格昂贵，不利于民用普及；而al2o3因化学稳定，机械强度高，价格低廉，透光性好，技术成熟等优点，使其成为当前gan异质外延中广泛使用的衬底材料。由于al2o3和gan同样存在一定的晶格系数和热膨胀系数失配，gan外延层位错密度较高(109cm-2-1011cm-2)。位错不仅形成非辐射复合中心影响内量子效应，同时会对光子的散射，极大限制出光率。

2、目前，针对上述问题现有技术提出了图形化蓝宝石衬底与复合材料衬底(pss、mms)，然而，上述图形化衬底中的微结构图形通常为圆锥结构，其对外延位错的改善效果有限，对于提升gan基led内量子效率和光提取效率也有一定的局限性，不能够满足日益增长的高亮度led芯片需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种图形化复合衬底、制备方法及led外延片，解决了现有正常图形化衬底外延层位错密度高，限制出光效率的问题，可增加光的全反射，极大化提高图形化衬底在外延后的内量子效率和出光效率，提升生产良率。

2、第一方面，本发明实施例提供了图形化复合衬底的制备方法，包括：

3、制备初始图形化复合衬底，初始图形化复合衬底包括基底和位于基底一侧表面的多个异质微结构；

4、制备第一胶体溶液，第一胶体溶液中分散有第一胶体粒子；

5、将初始图形化复合衬底置于第一胶体溶液中；

6、通过在第一胶体溶液中注入第一界面动电势调整溶液，调整基底和异质微结构的界面动电势，以使第一胶体粒子与基底携带相同电荷而相互排斥，与异质微结构携带不同电荷而吸附在异质微结构的表面。

7、第二方面，本发明实施例还提供了一种图形化复合衬底，包括：

8、采用第一方面的图形化复合衬底的制备方法制备而成，该图形化复合衬底包括基底和位于基底一侧表面的多个异质微结构。

9、第三方面，本发明实施例还提供了一种led外延片，包括第二方面的图形化复合衬底。

10、本发明实施例提供的图形化复合衬底包括制备初始图形化复合衬底，初始图形化复合衬底包括基底和位于基底一侧表面的多个异质微结构；制备第一胶体溶液，第一胶体溶液中分散有第一胶体粒子；将初始图形化复合衬底置于第一胶体溶液中；通过在第一胶体溶液中注入第一界面动电势调整溶液，调整基底和异质微结构的界面动电势，以使第一胶体粒子与基底携带相同电荷而相互排斥，与异质微结构携带不同电荷而吸附在异质微结构的表面。通过上述方法，在不影响基底c面完整度的前提下，通过控制胶体颗粒的尺寸和刻蚀气体，能制备表面具有特定尺寸凹凸结构的微结构，包括凹凸结构的孔径、深度等，通过设计图形结构和材料选择，有助于在外延生长氮化镓时可以闭合形成空腔结构，可以解决现有的正常图形化衬底外延层位错密度高，限制出光效率的问题，有助于提高图形化衬底在外延后的内量子效率和出光效率。

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所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，制备第一胶体溶液，包括：

3.根据权利要求2所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，在所述第一混合溶液中加入分散剂，并进行超声波水浴处理，形成所述第一胶体溶液之后，还包括：

4.根据权利要求1所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，通过在所述第一胶体溶液中注入第一界面动电势调整溶液，调整所述基底和所述异质微结构的界面动电势，以使所述第一胶体粒子与所述基底携带不同电荷而相互排斥，与所述异质微结构携带相同电荷而吸附在所述异质微结构的表面，包括：

5.根据权利要求1所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，通过在所述第一胶体溶液中注入第一界面动电势调整溶液，调整所述基底和所述异质微结构的界面动电势，以使所述第一胶体粒子与所述基底携带不同电荷而相互排斥，与所述异质微结构携带相同电荷而吸附在所述异质微结构的表面之后，还包括：

6.根据权利要求5所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，以所述异质微结构的表面上所述第一胶体粒子为掩膜，对所述异质微结构进行图案化，以在所述异质微结构的表面形成多个凹坑或凸起，获得中间图形化复合衬底，包括：

7.根据权利要求5所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，将所述中间图形化复合衬底中所述异质微结构的表面上的所述第一胶体粒子去除，包括：

8.根据权利要求7所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，通过在所述去离子水中注入第二界面动电势调整溶液，调整所述基底和所述异质微结构的界面动电势，以使所述第一胶体粒子与所述基底、所述异质微结构携带相同电荷而脱附，包括：

9.根据权利要求1所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的图形化复合衬底的制备方法，其特征在于，通过在所述第二胶体溶液中注入第三界面动电势调整溶液，调整所述基底、所述异质微结构和所述第一胶体粒子的界面动电势，以使所述第二胶体粒子与所述基底、所述异质微结构携带相同电荷而相互排斥，与所述第一胶体粒子携带不同电荷而吸附在所述第一胶体粒子的表面，包括：

11.一种图形化复合衬底，其特征在于，采用如权利要求1-10任一项所述的图形化复合衬底的制备方法制备而成，该图形化复合衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的多个异质微结构。

12.根据权利要求11所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述异质微结构表面具有多个凹坑或凸起。

13.根据权利要求11所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述异质微结构表面吸附有多个第一胶体粒子，且所述第一胶体粒子的折射率小于所述异质微结构的折射率。

14.根据权利要求13所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述第一胶体粒子上吸附有第二胶体粒子，所述第二胶体粒子的折射率小于所述第一胶体粒子的折射率。

15.根据权利要求11所述的图形化复合衬底，其特征在于，所述第一胶体粒子的材料包括金属氢氧化物、金属氧化物、硅酸、有机物中的任意一种；和/或，所述第一胶体粒子的尺寸范围为0.1～1μm。

16.一种led外延片，其特征在于，包括如权利要求11-15任一项所述的图形化复合衬底。

技术总结
本发明实施例公开了一种图形化复合衬底、制备方法及LED外延片。该制备方法包括：制备初始图形化复合衬底，初始图形化复合衬底包括基底和位于基底一侧表面的多个异质微结构；制备第一胶体溶液，第一胶体溶液中分散有第一胶体粒子；将初始图形化复合衬底置于第一胶体溶液中；通过在第一胶体溶液中注入第一界面动电势调整溶液，调整基底和异质微结构的界面动电势，以使第一胶体粒子与基底携带相同电荷而相互排斥，与异质微结构携带不同电荷而吸附在异质微结构的表面。通过上述方法，可以解决现有的正常图形化衬底外延层位错密度高，限制出光效率的问题，有助于提高图形化衬底在外延后的内量子效率和出光效率。

技术研发人员：卢建航,康凯,王子荣,王农华,许剑勇,罗传旺
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