CN110112266A - Led外延片衬底结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种LED外延片衬底结构及制作方法，结构包括蓝宝石衬底、三角锥凸起、介质层、以及AlN膜层，其中，蓝宝石衬底包括第一表面和第二表面，第一表面上设有阵列排布的三角锥凸起，任意两个三角锥凸起之间为开口区；在第一表面远离第二表面的一侧设有介质层，介质层覆盖三角锥凸起及开口区；在开口区的介质层远离第二表面的一侧设有AlN膜层。通过在包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底上设置介质层，可以有效杜绝pss侧壁生长的现象，提升了结晶质量，从而提高了出光效率。AlN膜层仅覆盖在开口区处的介质层上，发挥了AlN与外延底层材料晶格系数相接近的特点，提升了LED器件的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED外延片制造技术领域，具体地说，涉及一种LED外延片衬底结构及制作方法。
背景技术
目前，氮化镓GaN基LED器件主要使用蓝宝石作为衬底。但是，蓝宝石晶体与GaN晶体的晶格失配率为13.8％，在蓝宝石的衬底表面生长的GaN外延层的位错密度过大，限制了发光效率的提升，并且使LED器件产生较大的漏电流，降低器件的寿命。
已成熟的图形化衬底技术改善了上述缺点，在提升LED性能方面有好的优势，图形化蓝宝石衬底是在平片蓝宝石衬底上制备出周期性的微型图形结构，该技术已普遍应用于提升GaN基LED内量子效率和光提取效率。蓝宝石衬底表面分布有周期排布的图形结构，图形结构中包含大量斜面，光子到达GaN/蓝宝石衬底界面时，图形结构的斜面改变光子的入射角度，使本应进行内部全反射的大量光子，被提取出来，抑制了内部全反射效应。另一方面，图形化蓝宝石衬底周期期性的微型图形结构可降低GaN外延层的残余应力，使GaN外延层内部向上延伸的位错数量减少，从而提升GaN外延层晶体质量。随着新的应用形式、新产品的出现，尤其是Mini-LED的出现，普通的图形蓝宝石衬底无法满足Mini-LED小尺寸和高亮度的要求，必须采用新的蓝宝石衬底结构制备方法以满足新产品对性能提升的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种LED外延片衬底结构，包括蓝宝石衬底、三角锥凸起、介质层、以及AlN膜层，其中，
所述蓝宝石衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设有阵列排布的三角锥凸起，任意两个所述三角锥凸起之间为开口区；
在所述第一表面远离所述第二表面的一侧设有所述介质层，所述介质层覆盖所述三角锥凸起及所述开口区；
在所述开口区的所述介质层远离所述第二表面的一侧设有所述AlN膜层。
优选地，所述介质层是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜。
优选地，所述三角锥凸起的底面直径为2.75-2.85μm；所述三角锥凸起的高度为1.75-1.85μm；相邻两个所述三角锥凸起的顶点之间的距离为3μm。
本发明还提供一种LED外延片衬底结构的制作方法，包括步骤：
在蓝宝石衬底上涂覆第一光刻胶层后在红外热板上进行第一软烘；
对所述第一光刻胶层进行光刻和显影，在蓝宝石衬底上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
对所述蓝宝石衬底包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底，其中任意两个所述三角锥凸起之间为开口区；
对包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底进行清洗和干燥；
在所述三角锥凸起和所述开口区上沉积一层介质层；
在所述介质层上生长AlN膜层，所述AlN膜层完全覆盖所述介质层；
在所述AlN膜层上涂敷第二光刻胶层后在红外热板上进行第二软烘；
对所述第二光刻胶层进行电感耦合等离子体刻蚀，包括步骤：
通入流量为10-30sccm的BCl3，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层中与所述三角锥凸起在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分；
通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为70-150s，去除所述AlN膜层中与所述三角锥凸起在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分；
去除所述第二光刻胶层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
优选地，对所述蓝宝石衬底包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，进一步为，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200-1600W，下射频功率为300-800W，通入流量为50-150sccm的BCl3。
优选地，在所述三角锥凸起和所述开口区上沉积一层介质层，进一步为，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为250-350℃、压力为550-700MT、射频功率维持为200-300W，通入流量为25-40sccm的SiH4、700-850sccm的N2O，沉积时间为5-30min。
优选地，在所述介质层上生长AlN膜层，进一步为，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2000-3500W，所述磁控溅射机台的温度为500-600℃。
优选地，所述第二光刻胶层的玻璃化转换温度大于140℃。
优选地，所述第一软烘温度为100-120℃、时间为60-120s，所述第一光刻胶层的厚度为2.2-2.5μm。
优选地，所述第二软烘的温度为135℃、时间为90-150s，所述第二光刻胶层的厚度为2.0-2.4μm。
与现有技术相比，本发明提供的LED外延片衬底结构及制作方法，达到如下有益效果：
第一，通过在包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底上设置介质层，可以有效杜绝pss侧壁生长的现象，提升了结晶质量，从而提高了出光效率。
第二，AlN膜层仅覆盖在开口区处的介质层上，既发挥了AlN与外延底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了外延底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中LED外延片衬底的结构示意图；
图2为本发明实施例2中LED外延片衬底结构的制作方法的流程图；
图3～图9为本发明实施例2中LED外延片衬底结构的制作方法中各步骤的具体结构示意图；
1是蓝宝石衬底，2是第一表面，3是第二表面，4是三角锥凸起，5是开口区，6是介质层，7是AlN膜层，8是第一光刻胶层，9是第二光刻胶层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到，所描述的实施例实际上仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，且实际上仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1：
参见图1所示为本申请所述LED外延片衬底结构的具体实施例，该结构包括：蓝宝石衬底1、三角锥凸起4、介质层6、以及AlN膜层7，其中，
所述蓝宝石衬底1包括第一表面2和第二表面3，所述第一表面2上设有阵列排布的三角锥凸起4，任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；所述三角锥凸起4的底面直径为2.75-2.85μm；所述三角锥凸起4的高度为1.75-1.85μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
在所述第一表面2远离所述第二表面3的一侧设有所述介质层6，所述介质层6覆盖所述三角锥凸起4及所述开口区5；所述介质层6的厚度为30-2000nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝长小疙瘩出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
在所述开口区5的所述介质层6远离所述第二表面3的一侧设有所述AlN膜层7；所述AlN膜层7的厚度为10-100nm；AlN膜层7仅覆盖在开口区5处的介质层6上，既发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率。
实施例2：
参见图2所示为本实施例所述LED外延片衬底结构的制作方法的具体实施例，该方法包括步骤：
步骤201、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘,参见图3和图4所示；所述第一软烘温度为100℃、时间为60s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.2μm；
步骤202、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱,参见图5所示；
步骤203、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为300W，通入流量为50sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5,参见图6所示；所述三角锥凸起4的底面直径为2.75μm；所述三角锥凸起4的高度为1.75μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
步骤204、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤205、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为250℃、压力为550MT、射频功率维持为200W，通入流量为25sccm的SiH4、700sccm的N2O，沉积5min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6,参见图7所示；所述介质层6的厚度为30nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝长小疙瘩出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
步骤206、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2000W，所述磁控溅射机台的温度为500℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6,参见图8所示；所述AlN膜层7的厚度为10nm；发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率；
步骤207、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘,参见图9所示；所述第二软烘的温度为135℃、时间为90s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.0μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤208、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为10sccm的BCl3(以ramp模式从0开始上升至10sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，此时机台内部表现为化学腐蚀效果，因化学腐蚀效果对光刻胶效果明显且对AlN膜层7和蓝宝石衬底1基本无效，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，使得AlN膜层7凸显出来，适当保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤209、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为70s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；电感耦合等离子体刻蚀工艺主要目的在于完全去除所述AlN膜层7中与三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，允许开口区5留有残胶；
步骤210、使用去胶液去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构，参见图1所示。
通过在包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1上设置介质层6，可以有效杜绝pss侧壁生长的现象，提高了结晶质量，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率。AlN膜层7仅覆盖在开口区5处的介质层6上，既发挥了AlN与外延底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了外延底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率。
实施例3：
本实施例提供了LED外延片衬底结构的另一种制作方法，该方法包括步骤：
步骤301、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘；所述第一软烘温度为120℃、时间为120s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.5μm；
步骤302、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
步骤303、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1600W，下射频功率为800W，通入流量为150sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；所述三角锥凸起4的底面直径为2.85μm；所述三角锥凸起4的高度为1.85μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
步骤304、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤305、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为350℃、压力为700MT、射频功率维持为300W，通入流量为40sccm的SiH4、850sccm的N2O，沉积30min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6；所述介质层6的厚度为2000nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝小疙瘩长出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
步骤306、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为3500W，所述磁控溅射机台的温度为600℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6；所述AlN膜层7的厚度为100nm；发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率；
步骤307、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘；所述第二软烘的温度为135℃、时间为150s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.4μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤308、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为30sccm的BCl3(以ramp模式从0开始上升至30sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤309、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为150s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸4起在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤310、去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
实施例4：
本实施例提供了LED外延片衬底结构的又一种制作方法，该方法包括步骤：
步骤401、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘；所述第一软烘温度为110℃、时间为90s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.3μm；
步骤402、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
步骤403、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1400W，下射频功率为550W，通入流量为100sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；所述三角锥凸起4的底面直径为2.80μm；所述三角锥凸起4的高度为1.80μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
步骤404、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤405、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为300℃、压力为625MT、射频功率维持为250W，通入流量为33sccm的SiH4、775sccm的N2O，沉积18min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6；所述介质层6的厚度为1150nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝小疙瘩长出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
步骤406、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2750W，所述磁控溅射机台的温度为550℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6；所述AlN膜层7的厚度为55nm；发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率；
步骤407、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘；所述第二软烘的温度为135℃、时间为120s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.2μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤408、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为20sccm的BCl3(以ramp模式从0开始上升至20sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤409、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为110s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸4起在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤410、去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
实施例5：
本实施例提供了LED外延片衬底结构的又一种制作方法，该方法包括步骤：
步骤501、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘；所述第一软烘温度为105℃、时间为70s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.25μm；
步骤502、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
步骤503、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1300W，下射频功率为400W，通入流量为70sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；所述三角锥凸起4的底面直径为2.77μm；所述三角锥凸起4的高度为1.77μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
步骤504、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤505、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为260℃、压力为580MT、射频功率维持为220W，通入流量为28sccm的SiH4、730sccm的N2O，沉积10min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6；所述介质层6的厚度为500nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝长小疙瘩出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
步骤506、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2400W，所述磁控溅射机台的温度为530℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6；所述AlN膜层7的厚度为20nm；发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率；
步骤507、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘；所述第二软烘的温度为135℃、时间为110s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.1μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤508、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为15sccm的BCl3(以ramp模式从0开始至15sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤509、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为90s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸4起在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤510、去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
实施例6：
本实施例提供了LED外延片衬底结构的又一种制作方法，该方法包括步骤：
步骤601、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘；所述第一软烘温度为115℃、时间为110s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.4μm；
步骤602、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
步骤603、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1500W，下射频功率为700W，通入流量为120sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；所述三角锥凸起4的底面直径为2.82μm；所述三角锥凸起4的高度为1.82μm；相邻两个所述三角锥凸起4的顶点之间的距离为3μm；
步骤604、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤605、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为320℃、压力为660MT、射频功率维持为270W，通入流量为38sccm的SiH4、800sccm的N2O，沉积25min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6；所述介质层6的厚度为1500nm；所述介质层6是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜；外延底层生长的过程中，蓝宝石衬底1的凸起侧壁上也可以发生GaN成核并且结晶的情况，这种侧壁上长晶体的现象叫pss侧壁生长；侧壁生长晶体与衬底上开口区5底部平面生长晶体的晶向不一致，晶体融合时会存在很多晶向错乱的小疙瘩，影响结晶质量，换成是SiO2等介质层6，因为晶格常数差异太大，可以有效杜绝长小疙瘩出来，结晶质量提升，从而提升亮度，改变了光子在LED器件中的传播路径，减少了折射和吸收，提高了出光效率；
步骤606、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为3000W，所述磁控溅射机台的温度为580℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6；所述AlN膜层7的厚度为80nm；发挥了AlN与LED外延片底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了LED外延片底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率；
步骤607、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘；所述第二软烘的温度为135℃、时间为140s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.3μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤608、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为25sccm的BCl3(以ramp模式从0开始至25sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤609、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为130s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸4起在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤610、去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
实施例7：
本实施例提供了LED外延片衬底结构的又一种制作方法，该方法包括步骤：
步骤701、在蓝宝石衬底1上涂覆第一光刻胶层8后在红外热板上进行第一软烘；所述第一软烘温度为110℃、时间为90s，所述第一光刻胶层8的厚度为2.3μm；
步骤702、对所述第一光刻胶层8进行光刻和显影，在蓝宝石衬底1上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
步骤703、将包含所述第一光刻胶胶柱的蓝宝石衬底1放进电感耦合等离子体刻蚀机台，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1400W，下射频功率为550W，通入流量为80sccm的BCl3，对所述蓝宝石衬底1包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1，其中任意两个所述三角锥凸起4之间为开口区5；三角锥凸起4的底面直径为2.8μm、高为1.8μm；
步骤704、对包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1进行清洗和干燥；
步骤705、将清洗和干燥后的包含阵列排布的三角锥凸起4的蓝宝石衬底1放进等离子体增强化学的气相沉积腔体中，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为250℃、压力为600MT、射频功率维持为220W，通入流量为30sccm的SiH4、700sccm的N2O，沉积20min，在所述三角锥凸起4和所述开口区5上沉积一层介质层6；所述介质层6为SiO2膜层，厚度为200nm；
步骤706、将沉积完介质层6的蓝宝石衬底1放进磁控溅射机台，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2750W，所述磁控溅射机台的温度为550℃，在所述介质层6上生长AlN膜层7，所述AlN膜层7完全覆盖所述介质层6；AlN膜层7厚度为30nm；
步骤707、在所述AlN膜层7上涂敷第二光刻胶层9后在红外热板上进行第二软烘；所述第二软烘的温度为135℃、时间为120s，所述第二光刻胶层9的厚度为2.2μm；第二光刻胶层9的性能要求为低粘度、高玻璃化转换温度Tg；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于140℃；所述第二光刻胶层9的玻璃化转换温度Tg大于所述第二软烘温度，这样不仅可以去除第二光刻胶层9中的溶剂、烘干第二光刻胶层9，还可以保证在第二软烘过程中不混入各种杂质；
步骤708、将涂覆完第二光刻胶9的蓝宝石衬底1放入电感耦合等离子体刻蚀机台，通入流量为20sccm的BCl3(以ramp模式从0开始上升至20sccm)，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层9中与所述三角锥凸起4在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤709、通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为100s，去除所述AlN膜层7中与所述三角锥凸4起在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层7中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分；
步骤710、去除所述第二光刻胶层9中与所述开口区5在所述蓝宝石衬底1上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
通过以上各实施例可知，本申请的有益效果是：
第一，通过在包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底上设置介质层，可以有效杜绝pss侧壁生长的现象，提升了结晶质量，从而提高了出光效率。
第二，AlN膜层仅覆盖在开口区处的介质层上，既发挥了AlN与外延底层材料晶格系数相接近的特点，又保留了外延底层在蓝宝石图形化衬底上三维生长的优势，进而提高了LED外延片的晶体质量，提高了内量子效率，提升了LED器件的发光效率。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种LED外延片衬底结构，其特征在于，包括蓝宝石衬底、三角锥凸起、介质层、以及AlN膜层，其中，
所述蓝宝石衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设有阵列排布的三角锥凸起，任意两个所述三角锥凸起之间为开口区；
在所述第一表面远离所述第二表面的一侧设有所述介质层，所述介质层覆盖所述三角锥凸起及所述开口区；
在所述开口区的所述介质层远离所述第二表面的一侧设有所述AlN膜层。
2.根据权利要求1所述的LED外延片衬底结构，其特征在于，所述介质层是由氧化硅、氮化硅、或者氧化钛所组成的一层膜或多层复合膜。
3.根据权利要求1所述的LED外延片衬底结构，其特征在于，所述三角锥凸起的底面直径为2.75-2.85μm；所述三角锥凸起的高度为1.75-1.85μm；相邻两个所述三角锥凸起的顶点之间的距离为3μm。
4.一种LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，包括步骤：
在蓝宝石衬底上涂覆第一光刻胶层后在红外热板上进行第一软烘；
对所述第一光刻胶层进行光刻和显影，在蓝宝石衬底上形成阵列排布的第一光刻胶胶柱；
对所述蓝宝石衬底包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，得到包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底，其中任意两个所述三角锥凸起之间为开口区；
对包含阵列排布的三角锥凸起的蓝宝石衬底进行清洗和干燥；
在所述三角锥凸起和所述开口区上沉积一层介质层；
在所述介质层上生长AlN膜层，所述AlN膜层完全覆盖所述介质层；
在所述AlN膜层上涂敷第二光刻胶层后在红外热板上进行第二软烘；
对所述第二光刻胶层进行电感耦合等离子体刻蚀，包括步骤：
通入流量为10-30sccm的BCl3，设定所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200W，下射频功率为0W，刻蚀时间为300s，去除所述第二光刻胶层中与所述三角锥凸起在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，保留所述第二光刻胶层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分；
通入流量为60sccm的BCl3和5scc的CHF3，保持所述电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率不变，下射频功率设为500W，刻蚀时间为70-150s，去除所述AlN膜层中与所述三角锥凸起在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，保留所述AlN膜层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分；
去除所述第二光刻胶层中与所述开口区在所述蓝宝石衬底上的正投影相重合的部分，并进行清洗处理，得到所述LED外延片衬底结构。
5.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，对所述蓝宝石衬底包含所述第一光刻胶胶柱的一面进行电感耦合等离子体刻蚀，进一步为，设定电感耦合等离子体刻蚀机台的上射频功率为1200-1600W，下射频功率为300-800W，通入流量为50-150sccm的BCl3。
6.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述三角锥凸起和所述开口区上沉积一层介质层，进一步为，设置等离子体增强化学的气相沉积腔体的温度为250-350℃、压力为550-700MT、射频功率维持为200-300W，通入流量为25-40sccm的SiH4、700-850sccm的N2O，沉积时间为5-30min。
7.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述介质层上生长AlN膜层，进一步为，设置所述磁控溅射机台的射频功率为2000-3500W，所述磁控溅射机台的温度为500-600℃。
8.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的玻璃化转换温度大于140℃。
9.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，所述第一软烘温度为100-120℃、时间为60-120s，所述第一光刻胶层的厚度为2.2-2.5μm。
10.根据权利要求4所述的LED外延片衬底结构的制作方法，其特征在于，所述第二软烘的温度为135℃、时间为90-150s，所述第二光刻胶层的厚度为2.0-2.4μm。
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