CN112820806B - 一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 - Google Patents
一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112820806B CN112820806B CN202011566245.2A CN202011566245A CN112820806B CN 112820806 B CN112820806 B CN 112820806B CN 202011566245 A CN202011566245 A CN 202011566245A CN 112820806 B CN112820806 B CN 112820806B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- epitaxial
- pattern
- patterned
- semiconductor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 197
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 26
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 15
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims description 15
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 7
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910017768 LaF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 7
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 229910010093 LiAlO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种图形衬底及其制作方法以及一种LED结构及其制作方法。该图形衬底包括衬底，以及形成在所述衬底表面上的连续的网状图形结构。本发明通过将衬底表面的图形结构的设计为网状，进一步降低了磊晶面占比；同时在衬底上形成网状图形结构，增加了反光面，提高器件的出光效率。本发明提供的图形衬底能够有效提高内量子效率，提高光的提取率，使用该图形衬底的LED结构，能够有效提升LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域，具体涉及一种图形衬底及其制作方法以及LED结构及其制作方法。
背景技术
LED因具有高的发光效率及更长的使用寿命等优点，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域，进一步提高LED芯片的发光效率仍然是当前行业发展的重点。LED芯片的发光效率主要取决于内量子效率和光的提取效率，在现有技术中，可以通过图形化衬底来提高LED芯片的发光效率，一方面，在图形衬底上生长LED结构可以降低外延层内部的位错密度，提高内量子效率；另一方面，图形衬底结构会反射LED发出的光线并改变光线的传输方向，提高光的提取效率。
一般地，图形化衬底的磊晶面占比越少，其外延层的位错密度越低，LED的发光效率越高。但是，目前的图形化衬底的图形多为圆形，磊晶面占比下降受限，光的提取效率也难以提高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出一种图形衬底及其制作方法以及LED结构及其制作方法，针对外延磊晶的优先生长方向，通过对其生长空间选择性保留，将图形衬底表面的图形结构的形状设计为网状，进一步降低了磊晶面占比，得到位错密度相对较低的外延层；同时在衬底上形成网状多面体结构的图形介质层，增加了反光面。由此，解决现有技术中磊晶面占比下降受限，进而导致LED发光效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提出一种图形衬底，所述图形衬底包括：
衬底；
形成在所述衬底上方的网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构组成，相邻的图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。
可选地，所述磊晶区形成在相邻的图形结构的边与边之间，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区位于所述图形结构的不相邻的边处。
可选地，所述磊晶区形成在相邻的图形结构的角与角之间。
可选地，所述磊晶区形成为长条状。
可选地，所述磊晶区形成为三角形或“Y”型结构。
可选地，所述图形结构包括形成于所述衬底表面的第一部分以及形成在所述第一部分上方的第二部分。
可选地，所述图形结构第一部分的横截面积大于等于所述图形结构第二部分的底部的横截面积。
可选地，所述图形结构第一部分形成为多边台面，所述图形结构第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。
可选地，所述图形结构第二部分为多棱锥或多棱台。
可选地，所述图形结构第一部分的高度占整个所述图形结构高度的范围介于0％～100％。
可选地，形成所述图形结构的第一部分和第二部分的材料不同，其中形成所述图形结构的第一部分的材料与所述衬底的材料相同。
可选地，形成所述图形结构第二部分的材料为形核抑制材料，形成的所述形核抑制材料为透明不吸光材料，所述透明不吸光材料材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。
可选地，所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％。
本发明提供一种LED结构，所述LED结构包括外延衬底以及形成在所述外延衬底表面的外延层，所述外延衬底为权利要求1～13中任一项所述的图形衬底，所述外延层形成在所述复合图形外延衬底具有所述图形结构的一面上。
可选地，所述外延层包括依次形成在所述图形外延衬底上的第一半导体层、有源层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层。
可选地，所述LED结构还包括形成在所述第一半导体上方与所述第一半导体层导电连接的第一电极，以及形成在所述第二半导体上方与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
本发明还提供一种图形衬底的制作方法，所述图形衬底的制作方法包括如下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底的表面上形成网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构；
在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，其中，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。
可选地，在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区包括：在相邻的图形结构的边与边之间形成所述磊晶区，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区位于所述图形结构的不相邻的边处。
可选地，在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区包括：在相邻的图形结构的角与角之间形成所述磊晶区。
可选地，所述磊晶区形成为长条状。
可选地，所述磊晶区形成为三角形或“Y”字形。
可选地，在所述衬底的表面上形成网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构包括：在所述衬底表面上方形成形核抑制层；对所述形核抑制层进行刻蚀，形成所述图形结构的第二部分；刻蚀所述衬底，形成所述图形结构的第一部分。
可选地，所述图形结构第一部分的横截面积大于等于所述图形结构第二部分的底部的横截面积。
可选地，所述图形结构第一部分形成为多边台面，所述图形结构第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。
可选地，所述图形结构第二部分为多棱锥或多棱台。
可选地，所述图形结构的第一部分的高度占整个所述图形结构高度的范围介于0％～100％。
可选地，所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％。
本发明还提供一种LED结构的制作方法，所述LED结构的制作方法包括如下步骤：
提供一外延衬底，所述衬底为复合图形衬底；
在所述半导体衬底上方依次形成第一半导体层、有源层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底由权利要求17～27中任意一项所述的复合图形衬底的制作方法制备。
可选地，所述LED结构的制作方法还包括：刻蚀部分所述第二半导体层及部分所述有源层以暴露所述第一半导体层；在暴露的所述第一半导体层上方形成与所述第一半导体层导电连接的第一电极；在所述第二半导体层上方形成与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
本发明的图形衬底及其制作方法以及LED结构及其制作方法，至少具有以下有益效果：
本发明的图形衬底包括衬底，以及形成在所述衬底表面上的网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构组成，相邻的图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，磊晶区的宽度小于或等于0.1μm，磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％，例如形成在相邻的图形结构的边与边之间的矩形的磊晶区的面积约为衬底表面积的2％～4％，形成在相邻的图形结构的角与角之间的“Y”型的磊晶区的面积约为衬底表面积的4％～7％，而形成在相邻的图形结构的角与角之间的三角形的磊晶区的表面积小于衬底表面积的2％。本发明通过对外延磊晶生长空间选择性保留，形成上述磊晶区，进一步降低了磊晶面占比，得到位错密度相对较低的外延层；同时在衬底上形成网状多面体结构的图形结构，增加了反光面。解决了现有技术中磊晶面占比下降受限的问题，提高了LED的发光效率。
另外，本发明的图形衬底中的图形结构可以包括形成在衬底上的第一部分和形成在第一部分上方的第二部分，并且第一部分和第二部分由具有不同折射率的材料形成。例如，第一部分由折射率较高的与衬底相同的材料形成，第二部分由折射率较低的形核抑制材料形成。这样的图形结构能进一步增加对光的反射，提高器件的发光效率。
本发明的LED结构基于上述图形衬底形成，因此同样具有上述有益技术效果。
附图说明
图1显示为本发明实施例一提供的的图形衬底的俯视图。
图2显示为本发明实施例一提供的磊晶区占衬底比例的示意图。
图3显示为本发明实施例一的另一示例中提供的磊晶区占衬底比例的示意图。
图4显示为本发明实施例一的另一示例中提供的磊晶区占衬底比例的示意图。
图5显示为本发明实施例一提供的图形衬底的制作方法的流程示意图。
图6显示为本发明实施例二提供的图形衬底的剖视图。
图7a显示为复合衬底的结构示意图。
图7b显示为在图7a的复合衬底上沉积光刻胶掩膜的示意图。
图7c显示为对图7b的结构完成刻蚀的示意图。
图7d显示为具有周期性排布的多棱柱图形的复合衬底的示意图。
图8显示为本发明实施例三提供的LED结构的示意图。
图9显示为本发明实施例三提供的LED结构的制作方法的流程示意图。
元件标号说明
100 图形衬底
110 衬底
1100 磊晶区
12 形核抑制层
120 网状图形结构
1200 图形结构
1201 图形结构第一部分
1202 图形结构第二部分
13 多棱柱图形结构
10 外延衬底
21 第一半导体层
22 第二半导体层
30 有源层
41 第一电极
42 第二电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种图形衬底，如图1所示，所述图形衬底100包括衬底110，以及形成在所述衬底110上方的网状图形结构120，所述网状图形结构120包括若干个周期性排布的图形结构1200组成，相邻的图形结构1200之间形成磊晶区1100，所述磊晶区1100相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm；其中，磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例如图2所示。
在本实施例中，上述图形结构1200可以多凌锥或者多棱台结构，并且图形结构1200在衬底表面紧密排布。
作为示例，所述磊晶区1100形成在相邻的图形结构1200的边与边之间，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区1100位于所述图形结构1200的不相邻的边处，除了形成的上述不连续的磊晶区之外，若干个图形结构1200均紧密相连，形成连续的网状结构。如图2所示，在该示例中，形成在相邻的图形结构1200的边与边之间的磊晶区1100的形状类似为长条状或者类似矩形形状，具体形状由形成的图形结构1200的底面结构决定。
同样参照图2，在第一方向上，即，图2所示的X方向上，形成的磊晶区1100的宽度d≤0.1μm且d≠0。图2所示的图形结构1200之间暴露出的磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例介于2％～4％。本示例中，由于图形结构间暴露出衬底的磊晶区1100占所述衬底表面积的比例较小，能够得到位错密度相对较低的外延层，提高内量子效率；同时在衬底上形成网状多面体结构的图形介质层，增加了反光面，提高了光的提取率。
在本实施例的另一示例中，如图3所示，磊晶区1100形成在相邻的图形结构的角与角之间，即形成在呈紧密排布的三个相邻的图形结构1200的三个角之间。在图3所示的示例中，相邻的图形结构1200之间形成磊晶区的形状为三角形，优选地，所述磊晶区1100可以形成为等边三角形，所述三角形的边长d≤0.1μm且d≠0。所述磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例小于2％。相对于图2所示的磊晶区，本示例的磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例进一步降低，能够提高内量子效率，进一步提高LED的发光效率。
在本实施例的又一示例中，如图4所示，磊晶区1100同样形成在相邻的图形结构的角与角之间，即形成在呈紧密排布的三个相邻的图形结构1200的三个角之间，与图3所示的磊晶区不同的是，本示例中，磊晶区1100在相邻的图形结构1200之间形成为类似“Y”型结构，并且相邻的磊晶区同样是间隔不连续分布。形成的“Y”型磊晶区的最小宽度d≤0.1μm且d≠0。在本示例中，所述磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例介于4％～7％。所述磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例较低，能够提高内量子效率，提高LED的发光效率。
本实施例还提供了上述图形衬底的制作方法，如图5所示，所述图形衬底的制作方法具体包括以下步骤：
步骤S101：提供一衬底；
所述衬底可以是Al2O3、Si、SiC、PET、MgAl2O4、LiAlO2、LiGaO2、GaN、AlN、GaAs、Ga2O3、ZrB2、ZnO中的任意一种。本实施例以蓝宝石(Al2O3)衬底为例。
步骤S102：在所述衬底的表面上形成网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构；
步骤S103：在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，其中，所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％。
本实施例中，对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底的表面上形成上述网状图形结构。例如首先在衬底表面形成网状结构的掩模层，在掩模层的掩蔽作用下，采用干法刻蚀对衬底进行刻蚀。例如，采用的刻蚀气体可以是CHF3、CF4、BCl3、Ar、N2、Cl2等，刻蚀工艺参数为：上电极1～2500w，下电极为1～1500w，气体流量1～200sccm，刻蚀时间为1～4000s。仍然参照图1，经上述刻蚀过程在衬底表面若干个图形结构1200，同时在相邻的图形结构之间形成磊晶区。上述图形结构类似多棱锥或者多棱台，若干个图形结构紧密排布形成网状图形结构。
作为示例，同样参照图2，在相邻的图形结构的边与边之间形成所述磊晶区1100，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区1100位于所述图形结构的不相邻的边处。图2所示的磊晶区形成为长条状，在X方向上的宽度d≤0.1μm且d≠0，所述磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例介于2％～4％。磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例较小，能够得到位错密度相对较低的外延层，提高内量子效率；同时在衬底上形成网状多面体结构的图形介质层，增加了反光面，提高了光的提取率。
在另一示例中，同样参照图3，通过改变掩模层的图形分布，在相邻的图形结构的角与角之间形成磊晶区1100，即在呈紧密排布的三个相邻的图形结构1200的三个角之间形成磊晶区。该磊晶区1100的形状为三角形，优选地，为等边三角形，所述三角形的边长d≤0.1μm且d≠0。所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于2％。相对于图2所示的磊晶区，本示例的磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例进一步降低，能够提高内量子效率，进一步提高LED的发光效率。
在本实施例的又一示例中，同样参照图4，同样在相邻的图形结构的角与角之间形成磊晶区1100，即形成在呈紧密排布的三个相邻的图形结构1200的三个角之间，与图3所示的磊晶区不同的是，本示例中，通过改变掩模层的图形分布，磊晶区在相邻的图形结构1200之间形成为类似“Y”型结构，并且相邻的磊晶区同样是间隔不连续分布。形成的“Y”型磊晶区的最小宽度d≤0.1μm且d≠0。在本示例中，所述磊晶区1100的面积占所述衬底表面积的比例介于4％～7％。所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例较低，能够提高内量子效率，提高LED的发光效率。
实施例二
本实施例同样提供一种图形衬底，所述图形衬底包括衬底，以及形成在所述衬底上方的网状图形结构，所述网状图形结构120包括若干个周期性排布的图形结构组成，相邻的图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区1100相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
如图6所示，在本实施例中，图形结构1200包括形成于衬底110的表面的第一部分1201以及形成在第一部分1201上方的第二部分1202，且图形结构第一部分1201顶部的横截面积与图形结构第二部分1202底部的横截面积相等。所述图形结构第一部分1201可以是多棱台，例如六棱台，所述图形结构第二部分1202可以是多棱台或多棱锥，例如六棱台、六棱锥。可选地，所述多棱锥或多棱台的侧棱与底面的夹角为30°～90°，例如：40°～60°。需要说明的是，本实施例所述的多边形可以不是标准的多边形，例如，其边与边可以以弧形轮廓相接。
作为示例，所述图形结构第一部分1201的高度占整个图形结构1200高度的0％～100％，优选地，0％～30％。
作为示例，所述图形结构第一部分1201的材料与衬底110的材料相同，为折射率较高的材料，具体地，所述图形结构第一部分1201的材料可以为Al2O3、Si、SiC、PET、MgAl2O4、LiAlO2、LiGaO2中的一种；所述图形结构第二部分1202的材料与所述衬底110的材料不同，折射率较低，具体地，所述图形结构第二部分1202的材料为形核抑制材料，形成的所述形核抑制材料为透明不吸光材料，所述透明不吸光材料材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。一方面，所述图形结构第二部分1202材料的折射率低于所述第一部分1201材料的折射率，有利于增加光的反射，增加出光率；另一方面，所述图形结构第二部分1202选用的材料为形核抑制材料，能有效降低外延层的位错密度，提高外延层质量。
本实施例同时提供上述图形衬底的制作方法，该方法与实施例一提供的图形衬底的制作方法的不同之处在于：
提供衬底，在衬底上形成网状图形结构之前还包括：
在衬底表面上形成形核抑制层；可以采用沉积法形成该形核抑制层12，例如，将所述衬底110放入等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备中，在所述衬底110上方沉积一层形核抑制材料，形成形核抑制层12，如图7a所示。该形核抑制材料优选为低折射率材料，形成的所述形核抑制材料为透明不吸光材料，例如选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。在可选实施例中，所述形核抑制层12的厚度为0.1μm～20μm，例如，1.5μm～3μm。
对所述形核抑制层进行刻蚀，形成所述图形结构的第二部分；
刻蚀所述衬底，形成所述图形结构的第一部分。
如图7b所示，首先在所述衬底的形核抑制层12上旋涂一层光刻胶，经曝光、显影等过程形成图形化的光刻胶，该图形化光刻胶形成光刻胶掩膜200；在光刻胶掩膜200的作用下，依次刻蚀形成抑制层12和部分衬底100，如图7c所示；接着，如图7d所示，采用干法刻蚀去除光刻胶掩膜200，获得具有周期性排布的若干个多棱柱图形结构13。
之后，采用干法刻蚀工艺继续刻蚀多棱柱，对多棱柱图形13进行修饰，获得如图6所示的若干个图形结构1200，刻蚀部分衬底暴露出的衬底区形成磊晶区1100(如图2、3和4所示)。本实施例中，上述图形结构同样可以是多棱锥或者多棱台结构，并且上述图形结构包括由形核抑制层12形成的第二部分1202以及部分衬底110形成的第一部分1201。在可选实施例中，所述第二部分的高度为0.1μm～20μm，例如，1μm～3μm。
在可选实施例中，上述图形结构的第一部分1201形成为多棱台，第二部分1202形成为多棱锥形或多棱台，且图形结构的第一部分1201顶部的横截面积等于图形结构的第二部分底部的横截面积，如图6所示。
作为示例，所述图形结构的第一部分1201的高度占整个图形结构1200高度的0％～100％，优选地，0％～30％。
本实施例中，所述图形结构由具有不同折射率的材料组成，这样的图形结构能进一步增加对光的反射，提高器件的发光效率。
实施例三
本发明提供一种LED结构，如图8所示，所述LED结构包括：外延衬底10，该外延衬底为图形外延衬底；形成在所述外延衬底上的外延层，所述外延层包括依次形成在所述外延衬底的正面上的第一半导体层21、有源层30以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层22。
作为示例，本实施例中所述复合图形外延衬底为实施例一或实施例二提供的图形衬底，再次参照图1和图6，所述图形衬底100包括衬底110，以及形成在所述衬底110上方的网状图形结构120，所述网状图形结构120包括若干个周期性排布的图形结构1200组成，相邻的图形结构1200之间形成磊晶区1100，所述磊晶区1100相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。该图形衬底的具体结构可参照实施例一及实施例二的描述，在此不再赘述。
作为示例，在所述第二半导体层22上还形成有第一电极41，在第一半导体层21上形成有第二电极42。
作为示例，在所述第一半导体层21和第二半导体层22上还形成有透明导电层，例如，ITO，所述第一电极41和第二电极42均形成于该透明导电层上。
作为示例，所述第一半导体层21可以为N型氮化镓层，所述第二半导体层22可以为P型氮化镓层。
作为示例，所述图形衬底100的衬底110及其上形成的多棱台1201材料为蓝宝石材料；多棱锥1202材料为为外延磊晶不易形核的异质光学材料，例如，可以是SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。
本实施例还提供了上述LED结构的制作方法，如图9所示，所述LED结构的制作方法包括如下步骤：
步骤S201：提供一外延衬底，所述衬底为图形衬底；
提供一外延衬底，所述衬底为图形衬底。作为示例，所述外延衬底由实施例一或实施例二提供的图形化衬底的制作方法制备，如图1和图6所示，所述图形衬底100包括衬底110，以及形成在所述衬底110上方的网状图形结构120，所述网状图形结构120包括若干个周期性排布的图形结构1200组成，相邻的图形结构1200之间形成磊晶区1100，所述磊晶区1100相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。该图形衬底的具体结构可参照实施例一的描述，在此不再赘述。
步骤S202：在所述半导体衬底上方依次形成第一半导体层、有源层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
作为示例，所述第一半导体层21可以为N型氮化镓层，所述第二半导体层22可以为P型氮化镓层。
作为示例，所述图形衬底100的衬底110及其上形成的图形结构第一部分1201材料为蓝宝石材料；多棱锥1202材料为为外延磊晶不易形核的异质光学材料，例如，可以是SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。所述图形结构的第一部分1201和第二部分1202由具有不同折射率的材料形成，这样的图形结构能进一步增加对光的反射，提高器件的发光效率。
最后，在所述第一半导体层21和第二半导体层22上方分别形成第一电极41和第二电极42。作为示例，刻蚀部分所述第二半导体层22及部分所述有源层30以暴露所述第一半导体层21，在暴露的所述第一半导体层21上方形成与所述第一半导体层21导电连接的第一电极41，在所述第二半导体层22上方形成与所述第二半导体层22导电连接的第二电极42，形成本实施例所述的LED结构。
综上所述，本发明提供一种图形衬底及其制作方法以及一种LED结构及其制作方法。
本发明的图形衬底包括衬底，以及形成在所述衬底表面上的连续的网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构组成，相邻的图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm。本发明通过对外延磊晶生长空间选择性保留，将图形衬底的形状设计为网状，进一步降低了磊晶面占比，得到位错密度相对较低的外延层；同时在衬底上形成网状图形结构，增加了反光面。解决了现有技术中磊晶面占比下降受限的问题，提高了LED的发光效率。
另外，本发明的图形衬底中的图形结构可以包括形成在衬底上的第一部分和形成在第一部分上方的第二部分，并且第一部分和第二部分由具有不同折射率的材料形成。例如，第一部分由折射率较高的与衬底相同的材料形成，第二部分由折射率较低的形核抑制材料形成。这样的图形结构能进一步增加对光的反射，提高器件的发光效率。
本发明的LED结构基于上述图形衬底形成，因此同样具有上述有益技术效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (25)
1.一种图形衬底，其特征在于，所述图形衬底包括：
衬底；
形成在所述衬底上方的网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构组成，相邻的图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm，且所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％；除了形成相互间隔分布的所述磊晶区之外，若干个所述图形结构紧密相连，形成连续的网状结构；
所述图形结构包括形成于所述衬底表面的第一部分以及形成在所述第一部分上方的第二部分。
2.根据权利要求1所述的图形衬底，其特征在于，所述磊晶区形成在相邻的图形结构的边与边之间，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区位于所述图形结构的不相邻的边处。
3.根据权利要求1所述的图形衬底，其特征在于，所述磊晶区形成在相邻的图形结构的角与角之间。
4.根据权利要求2所述的图形衬底，其特征在于，所述磊晶区形成为长条状。
5.根据权利要求3所述的图形衬底，其特征在于，所述磊晶区形成为三角形或“Y”型结构。
6.根据权利要求5所述的图形衬底，其特征在于，所述图形结构第一部分的横截面积大于等于所述图形结构第二部分的底部的横截面积。
7.根据权利要求5所述的图形衬底，其特征在于，所述图形结构第一部分形成为多边台面，所述图形结构第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。
8.据权利要求5所述的图形衬底，其特征在于，所述图形结构第二部分为多棱锥或多棱台。
9.根据权利要求5所述的图形衬底，其特征在于，所述图形结构第一部分的高度占整个所述图形结构高度的范围介于0％～100％。
10.根据权利要求5所述的图形衬底，其特征在于，形成所述图形结构的第一部分和第二部分的材料不同，其中形成所述图形结构的第一部分的材料与所述衬底的材料相同。
11.根据权利要求10所述的图形衬底，其特征在于，形成所述图形结构第二部分的材料为形核抑制材料，形成的所述形核抑制材料为透明不吸光材料，所述透明不吸光材料材料选自SiO2、SiN、Si2N、Si2N3、Si3N4、MgF2、CaF2、Al2O3、SiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、TiO、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5、MgO、ZnO、Y2O3、CeO2、CeF3、LaF3、YF3、BaF2、AlF3、Na3AlF6、Na5Al3F14、ZnS、ZnSe中的一种或多种。
12.一种LED结构，其特征在于，所述LED结构包括外延衬底以及形成在所述外延衬底表面的外延层，所述外延衬底为权利要求1～11中任一项所述的图形衬底，所述外延层形成在所述图形衬底具有所述图形结构的一面上。
13.根据权利要求12所述的LED结构，其特征在于，所述外延层包括依次形成在所述图形外延衬底上的第一半导体层、有源层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层。
14.根据权利要求13所述的LED结构，其特征在于，还包括形成在所述第一半导体层上方与所述第一半导体层导电连接的第一电极，以及形成在所述第二半导体层上方与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
15.一种图形衬底的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底的表面上形成网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构，若干个所述图形结构紧密相连，形成连续的网状结构；
在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区，所述磊晶区相互间隔分布，其中，所述磊晶区的宽度小于或等于0.1μm，且所述磊晶区的面积占所述衬底表面积的比例小于7％；
其中，在所述衬底的表面上形成网状图形结构，所述网状图形结构包括若干个周期性排布的图形结构包括：
在所述衬底表面上形成形核抑制层；
对所述形核抑制层进行刻蚀，形成所述图形结构的第二部分；
刻蚀所述衬底，形成所述图形结构的第一部分。
16.根据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区包括：在相邻的图形结构的边与边之间形成所述磊晶区，并且在每一个图形结构中，所述磊晶区位于所述图形结构的不相邻的边处。
17.根据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，在相邻的所述图形结构之间形成磊晶区包括：在相邻的图形结构的角与角之间形成所述磊晶区。
18.根据权利要求16所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述磊晶区形成为长条状。
19.根据权利要求17所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述磊晶区形成为三角形或“Y”字形。
20.根据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述图形结构第一部分的横截面积大于等于所述图形结构第二部分的底部的横截面积。
21.根据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述图形结构第一部分形成为多边台面，所述图形结构第二部分形成为横截面积自底部向顶部逐渐减小的结构。
22.据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述图形结构第二部分为多棱锥或多棱台。
23.根据权利要求15所述的图形衬底的制作方法，其特征在于，所述图形结构的第一部分的高度占整个所述图形结构高度的范围介于0％～100％。
24.一种LED结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一外延衬底，所述衬底为图形衬底；
在所述外延衬底上方依次形成第一半导体层、有源层以及与所述第一半导体层导电性相反的第二半导体层；
其中，所述外延衬底由权利要求15～23中任意一项所述的图形衬底的制作方法制备。
25.根据权利要求24所述的LED结构的制作方法，其特征在于，还包括：
刻蚀部分所述第二半导体层及部分所述有源层以暴露所述第一半导体层；
在暴露的所述第一半导体层上方形成与所述第一半导体层导电连接的第一电极；
在所述第二半导体层上方形成与所述第二半导体层导电连接的第二电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011566245.2A CN112820806B (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011566245.2A CN112820806B (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112820806A CN112820806A (zh) | 2021-05-18 |
| CN112820806B true CN112820806B (zh) | 2022-12-20 |
Family
ID=75853935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011566245.2A Active CN112820806B (zh) | 2020-12-25 | 2020-12-25 | 一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112820806B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113871524A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-31 | 广东工业大学 | 一种led器件封装材料及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064257A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-05-18 | 苏州纳晶光电有限公司 | 一种蓝宝石图形衬底及其制备方法 |
| CN102456788A (zh) * | 2010-10-20 | 2012-05-16 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102723416A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-10-10 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | Led外延片及其制作方法 |
| CN104362235A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-02-18 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 一种图形化衬底及其制作方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060127743A (ko) * | 2005-06-06 | 2006-12-13 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 질화물 반도체 기판과 그 제조 방법 |
| CN102683532B (zh) * | 2011-03-11 | 2015-02-18 | 山东华光光电子有限公司 | 一种含有图形化dbr结构的衬底 |
| CN102184846A (zh) * | 2011-04-22 | 2011-09-14 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种图形化衬底的制备方法 |
| CN102201512B (zh) * | 2011-04-22 | 2013-04-10 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种图形化衬底 |
| TWI539624B (zh) * | 2012-05-28 | 2016-06-21 | 晶元光電股份有限公司 | 具有圖形化界面之發光元件及其製造方法 |
| CN102769082B (zh) * | 2012-07-02 | 2015-04-29 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 图形化衬底及其形成方法及用于制作所述衬底的掩膜版 |
| JP6229707B2 (ja) * | 2015-11-26 | 2017-11-15 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
| CN110783169A (zh) * | 2018-07-25 | 2020-02-11 | 乂馆信息科技(上海)有限公司 | 一种单晶衬底的制备方法 |
| CN111381434B (zh) * | 2018-12-28 | 2022-01-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 掩膜板及曝光方法 |
| CN110246939A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-17 | 东莞市中图半导体科技有限公司 | 一种图形化复合基底、制备方法及led外延片 |
-
2020
- 2020-12-25 CN CN202011566245.2A patent/CN112820806B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064257A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-05-18 | 苏州纳晶光电有限公司 | 一种蓝宝石图形衬底及其制备方法 |
| CN102456788A (zh) * | 2010-10-20 | 2012-05-16 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102723416A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-10-10 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | Led外延片及其制作方法 |
| CN104362235A (zh) * | 2014-11-11 | 2015-02-18 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 一种图形化衬底及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112820806A (zh) | 2021-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2587556B1 (en) | Method for manufacturing a sapphire substrate and growing a nitride semiconductor light emitting device | |
| US7642561B2 (en) | Semiconductor light emitting diode having efficiency and method of manufacturing the same | |
| CN102201512B (zh) | 一种图形化衬底 | |
| US20090057700A1 (en) | Light emitting element and a manufacturing method thereof | |
| US8492745B2 (en) | Epitaxial structure with an epitaxial defect barrier layer | |
| JP2011228628A (ja) | 垂直型の光抽出メカニズムを備える発光素子及びその製造方法 | |
| KR20230039726A (ko) | 패턴화 기판, 발광 다이오드 및 제조방법 | |
| CN112701198A (zh) | 一种图形化衬底、发光二极管及制备方法 | |
| CN109768138B (zh) | 一种发光二极管芯片及其制作方法 | |
| JPWO2012093601A1 (ja) | エピタキシャル成長用基板およびＧａＮ系ＬＥＤデバイス | |
| CN104332541A (zh) | 图形化衬底及其制备方法、外延片制作方法及外延片 | |
| CN112820806B (zh) | 一种图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 | |
| CN114709307A (zh) | 一种倒装发光二极管芯片及其制备方法 | |
| CN113555484B (zh) | 高光效倒装led芯片及其制备方法 | |
| CN102881791A (zh) | 一种蓝宝石led图形衬底及其制备方法 | |
| EP0966766A2 (en) | A?iii -nitride channeled led | |
| JP2008159894A (ja) | 発光素子及び照明装置 | |
| CN115132893A (zh) | 一种图形衬底及其制作方法 | |
| CN216250771U (zh) | 复合图形衬底及包含该衬底的led外延结构 | |
| CN202957282U (zh) | 一种蓝宝石led图形衬底 | |
| CN112201734B (zh) | 复合图形衬底及其制作方法以及led结构及其制作方法 | |
| CN115020565A (zh) | 复合图形化衬底的制备方法及具有空气隙的外延结构 | |
| CN107039565B (zh) | 一种侧壁和底部具有金属反射层的led芯片结构及其制作方法 | |
| CN107591463A (zh) | 发光组件及发光组件的制造方法 | |
| CN114038957A (zh) | 一种发光芯片外延结构及其制作方法和发光芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |