專利名稱：一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)及其制備方法，尤其涉及氮化鎵基發(fā)光二極管(LED)外延襯底及其制備方法。
背景技術：
現(xiàn)在國際上普遍應用的氮化鎵基發(fā)光二極管主要是異質(zhì)外延在平坦的襯底上，其中襯底
可以為藍寶石、碳化硅或硅，這種結構主要缺點在于1、由于沒有晶格匹配的襯底材料，氮化鎵基發(fā)光二極管都是異質(zhì)外延生長在藍寶石、碳化硅或硅等襯底上，晶格常數(shù)的差異使外延材料存在著很多的位錯，這些缺陷限制了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；2、光從外延層進入襯底時，由于界面比較平坦，光的入射角比較小，且氮化鎵和襯底折射率相差不大，導致反射率低，大部分光會逸出到襯底，不能有效反射回外延層，大大降低了氮化鎵基發(fā)光二極管的出光效率，尤其是碳化硅為襯底的氮化鎵基藍綠光發(fā)光二極管的襯底的折射系數(shù)與氮化鎵相當，光從外延層逸出到襯底的幾率為100%。
為了提高氮化鎵基發(fā)光二極管的出光效率，己有多項研究工作圍繞圖形化襯底展開，主要是通過刻蝕藍寶石，制作圖形襯底。如公開號為1020080087406、 1020060127623的韓國專利，在藍寶石襯底上制作半球形的掩膜，再刻蝕藍寶石得到半球形的圖案，上述方法雖然部分減少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺點1、 由于藍寶石的折射率為1.8，同氮化鎵的折射率比較接近，當光從外延層進入圖形襯底時，反射率提高不明顯，對于GaN基發(fā)光二極管出光率的改善達不到預期效果。
2、 由于藍寶石襯底比較堅硬，制作過程對設備和工藝要求很高，特別是藍寶石的干法刻蝕，需要氦氣冷卻系統(tǒng)、高密度的等離子體，普通的刻蝕設備，不能滿足要求，同樣濕法腐蝕需要在高溫下使用強酸，制作過程難控制，從而導致成品率低，增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術的不足，提出一種可提高出光效率的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底。
同時本發(fā)明還提供了氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法。
氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底包括襯底以及襯底上的圖形，所述圖形的材料為二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦中的一種。其中，所述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。其中，所述的圖形呈半圓形、圓錐形或圓臺形。
其中，所述的圖形下底的寬度為O.lum至10um，高度0.1mn至3um，圖形之間的間距為O.lum至10um。
一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，步驟為-
(1) 在襯底上沉積一層低折射率材料的薄膜；
(2) 用光阻在所述的薄膜上制備掩模圖形；
(3) 通過刻蝕，將光刻膠掩模的圖形轉(zhuǎn)移到所述的薄膜上；
(4) 清洗襯底，去除殘留的光阻。
其中，所述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。
其中，所述的薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦等材料中的一種。
其中，所述的薄膜厚度為0. lum 3um之間。
其中，所述的薄膜折射率小于2.5。
其中，所述的圖形為近似的半球形，圓錐形或圓臺形。
其中，所述的圖形下底的寬度為0. l咖至IO咖，高度0. lum至3um，圖形間的間距為0. lum至IO亂
其中，所述步驟(1)的薄膜制備方法為PECVD、電子束蒸發(fā)、濺射或溶膠凝膠中的一種。其中，所述的步驟(2)在薄膜上制備圖像的方法為勻膠、光刻、顯影、熱板烘烤制作刻蝕掩膜。
其中，所述的步驟(3)通過干法刻蝕或濕法腐蝕圖形。
本發(fā)明有益效果是(1)由于在襯底上沉積低折射率材料的薄膜，其硬度低，制備過程容易控制，對生產(chǎn)設備和工藝條件無特殊要求，制備方法簡單多樣，成品率高，降低了生產(chǎn)成本；(2)用折射率接近于1的薄膜材料制備的圖形襯底， 一方面，由于圖形為圓錐或半圓形，光從外延層進入襯底時，入射角度會增大；另一方面，圖形的折射率比較低，反射率會大大提高，更多的光從透明電極出射，增加了光的抽取效率。通過實際檢測，采用本發(fā)明提供的氮化鎵基發(fā)光二極管封裝后亮度提高30%。


圖l是在襯底上淀積一層低折射率材料薄膜的示意圖；圖2是在低折射率材料薄膜上用光阻形成的掩膜圖形；圖3、圖4為氮化鎵基發(fā)光二極管的圖形襯底
具體實施例方式
以下舉例說明氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法實施例1包含如下步驟
(1) 在2英寸C面藍寶石襯底上利用化學氣相沉積的方法生長一層1. 5um的二氧化硅薄膜，如圖l所示；
(2) 用光阻在二氧化硅薄膜上制備半球狀掩模，如圖2所示；
(3) 通過干法刻蝕，將半球形的光阻掩模圖形轉(zhuǎn)移到二氧化硅薄膜上，在藍寶石襯底上形成半球狀的二氧化硅，半球之間的二氧化硅材料刻蝕干凈，露出藍寶石襯底。
(4) 用150攝氏度的3號液(貼0" H202=3: 1)清洗藍寶石襯底，制備出藍寶石圖形襯底，如圖3，如圖4所示。
通過上述步驟形成的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的圖形為下底的寬度5um,高度1.5um，圖形之間的間距3um。
氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法實施例2包含如下步驟
(1) 在2英寸藍寶石襯底上利用化學氣相沉積的方法生長一層0. IUIII的氮化硅薄膜；
(2) 用光阻在氮化硅薄膜上制備半球狀掩模；
(3)通過干法刻蝕，將半球形的光阻掩模圖形轉(zhuǎn)移到氮化硅薄膜上，在藍寶石襯底上形成
半球狀的氮化硅，半球之間的氮化硅材料刻蝕干凈，露出藍寶石襯底。
(4)用150攝氏度的3號液(H2S04: H202=3: 1)清洗襯底，制備出藍寶石圖形襯底。通過上述步驟形成的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的圖形為下底的寬0.2um,高度0. lum，圖形之間的間距0. lum。
如上兩個實施例中氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的圖形的尺寸會因所采用的設備不同，最終形狀、大小會有不同。如氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的圖形下底還可以進一步為寬度為2.5um至4.5um，高度為1.2um至L8um，，圖形間的間距為0.3um至lum。
應當理解是，上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本
發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的非實質(zhì)性的替換或修改的發(fā)明創(chuàng)造均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1. 氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底，其特征在于包括襯底以及襯底上的圖形，所述圖形的材料為二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦中的一種。
2. 如權利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底，其特征在于所述的襯底為藍寶 石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。
3. 如權利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底，其特征在于所述的圖形呈半圓 形、圓錐形或圓臺形。
4. 如權利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底，其特征在于所述的圖形下底的 寬度為O.lum至10um，高度為O.lum至3um，圖形間的間距為O.lum至10um。
5. 如權利要求l所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底,其特征在于所述的圖形下底的寬 度為2.5um至4.5um，高度為1.2um至1.8um，，圖形間的間距為0.3um至lum。
6. —種氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，步驟為(1) 在襯底上沉積一層低折射率材料的薄膜；(2) 用光阻在所述的薄膜上制備掩模圖形；(3) 通過刻蝕，將光刻膠掩模的圖形轉(zhuǎn)移到所述的薄膜上；(4) 清洗襯底，去除殘留的光阻。
7. 如權利要求5所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所 述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種。
8. 如權利要求5所述的一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所 述的薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦等材料中的一種。
9. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 薄膜厚度為0.1um 3um之間。
10. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 圖形下底的寬度為2.5um至4.5um，高度為1.2um至1.8um，，圖形間的間距為0.3um 至lum。
11. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 薄膜折射率小于2.5。
12. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 圖形為近似的半球形，圓錐形或圓臺形。
13. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 圖形下底的寬度為O.lum至10um，高度O.lum至3um，圖形間的間距為O.lum至10um。
14. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述步 驟(1)的薄膜制備方法為PECVD、電子束蒸發(fā)、濺射或溶膠凝膠中的一種。
15. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 步驟(2)在薄膜上制備圖像的方法為勻膠、光刻、顯影、熱板烘烤制作刻蝕掩膜。
16. 如權利要求5所述的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底的制備方法，其特征在于所述的 步驟(3)通過干法刻蝕或濕法腐蝕圖形。
全文摘要
本發(fā)明提供了氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底及其制備方法，包括(1)在襯底上沉積一層低折射率材料的薄膜；(2)用光阻在所述的薄膜上制備掩模圖形；(3)通過刻蝕，將光刻膠掩模的圖形轉(zhuǎn)移到所述的薄膜上；(4)清洗襯底，去除殘留的光阻，其中，所述的襯底為藍寶石、硅、碳化硅、砷化稼、氧化鋅中的一種，薄膜為二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化鈦等材料中的一種，薄膜厚度為0.1umm～3um之間，薄膜折射率小于2.5，襯底圖形為近似的半球形，圓錐形或圓臺形，采用本發(fā)明提供的氮化鎵基發(fā)光二極管外延襯底，可以提高二極管的出光效率，制備過程容易控制，制備方法簡單多樣，成品率高，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L33/00GK101504964SQ20091012625
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權日2008年12月16日
發(fā)明者張向飛, 瑾 徐, 李東升, 輝 楊, 江忠永, 田洪濤, 陳立人 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司