专利名称：Led衬底及其制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种LED (发光二极管)衬底及其制备方法。
背景技术：
目前，GaN(氮化镓)基LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的内量子效率一般可以达到70%以上，但是由于生长在蓝宝石衬底上的GaN基LED的提取效率(外量子效率)相对较低，因此直接影响到GaN基LED的整体出光效率。针对这一问题，现有技术中存在如下改进方案首先，在GaN基LED的蓝宝石衬底上通过一定的刻蚀工艺来制备图形化衬底(Patterned SapphireSubstrates，PSS)；然后， 在图像化衬底制备完成之后，在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。具体地，结合图1所示，上述改进方案中制备图形化衬底的过程可以通过如下方式来实现1)在蓝宝石基体101上生长干法刻蚀用的掩膜102 ；2)利用标准的光刻工艺在所述掩膜102上刻蚀出所需图形；3)利用ICPanductively Coupled Plasma，感应耦合等离子体)刻蚀技术对所述蓝宝石基体101进行刻蚀；4)去掉剩余部分的掩膜102，从而得到具有一定图形的蓝宝石衬底。在实现上述图形化衬底的制备过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题在上述图形化衬底制备过程中需要用到光刻工艺及干刻工艺，不仅提高了生产工艺难度，对工艺稳定性有较大的影响；而且由于需要用到光刻机和干法刻蚀设备，使得LED 生产线设备昂贵，增加了 GaN基LED器件的制造成本。
发明内容
本发明提供一种LED衬底及其制备方法，用以简化图形化衬底的制备过程。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种LED衬底的制备方法，包括在基体上形成掩膜层，该掩膜层为纤锌矿结构的薄膜；利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，直至所述掩膜层完全腐蚀掉， 所述LED衬底表面形成不规则结构。一种利用上述方法制备的LED衬底，其中，所述LED衬底表面为不规则结构。本发明提供的LED衬底及其制备方法，首先在基体上形成纤锌矿结构的掩膜层， 以便于后续刻蚀过程中能够很好地掌控刻蚀速率及刻蚀方向；其次，通过湿法刻蚀来完成所述掩膜层以及基体的刻蚀以形成图形化衬底，无需用到光刻工艺，降低了生产工艺难度。 在本发明中，由于所述掩膜层采用了纤锌矿结构的薄膜，其内部的晶体结构会使得腐蚀溶液对所述薄膜的腐蚀在不同晶向上的腐蚀速率不一样；当腐蚀溶液接触到所述基体的表面时，先露出的基体表面会先被腐蚀，这样在所有的掩膜层完全被腐蚀掉之后，在所述基体的表面就会形成有不规则的图形化形貌。与现有技术相比，本发明实施例中提供的方案不仅可以得到较为均勻、工艺可靠的图形化衬底，同时还简化了图形化衬底的制备过程。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中制备图形化衬底的过程原理图；图2为本发明实施例中LED衬底刻蚀的方法流程图；
图3为本发明实施例中LED衬底刻蚀过程的原理示意图。
具体实施例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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图2所示，本发明实施例中提供的LED衬底的制备方法，大致包括以下步骤201、在基体上形成掩膜层，该掩膜层为纤锌矿结构的薄膜。在本实施例中，所述基体可以是蓝宝石基体；同时，为了能够更好地控制后续湿法刻蚀过程中的腐蚀速率和腐蚀方向，所述掩膜层可以优选地采用纤锌矿结构的氧化物薄膜，例如氧化锌ZnO薄膜，具体地可以是纯ZnO 薄膜、或者掺杂ZnO薄膜(比如氧化锌铝ΑΖ0、氧化锌硼ΒΖ0、氧化锌镓GZO等)；此外，所述掩膜层还可以是利用其他的一些纤锌矿结构薄膜如氮化铝AlN等。202、利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，直至所述掩膜层完全腐蚀掉，所述LED衬底表面形成不规则结构。本发明实施例提供的LED衬底的制备方法，通过湿法刻蚀来完成所述掩膜层以及基体的刻蚀以形成图形化衬底；由于所述掩膜层采用了纤锌矿结构的薄膜，其内部的晶体结构会使得腐蚀溶液对所述薄膜的腐蚀在不同晶向上的腐蚀速率不一样；当腐蚀溶液接触到所述基体的表面时，先露出的基体表面会先被腐蚀，这样在所有的掩膜层完全被腐蚀掉之后，在所述基体的表面就会形成不规则的图形化形貌。下面结合附图和具体实例对本发明实施例提供的LED衬底的制备方法进行详细描述。结合图3所示，在本实施例中，所述LED衬底的制备过程，具体包括首先，在基体301上通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition, PVD)或者化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)的方法沉积一层纤锌矿结构的掩膜层 302 ；生长的掩膜层的厚度为几十纳米至几微米。具体地，所述掩膜层的厚度可以和腐蚀溶液配合以方便调节衬底的图形尺寸，其常用厚度为SOOnm 1500nm。在本实施例中，所述掩膜层302可以优选地采用ZnO薄膜；进一步地，所述ZnO薄膜可以是纯ZnO也可以是掺杂SiO(如BZ0、AZ0、GZ0等)，掺杂的作用主要是更准确地调节腐蚀速率和方向。其中，物理气相沉积可以是磁控溅射或电子束蒸发等方法，化学气相沉积可以是 PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor D印osition，等离子体增强化学气相沉积法)或 LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor D印osition，低压化学气相沉积法)等方法。生长的掩膜层302为纤锌矿结构的薄膜，以ZnO为例，其为单晶结构或沿(002)方向择优生长的多晶结构，这种单晶结构或者择优取向的多晶结构比较致密，且晶体取向基本一致；在后续进行湿法刻蚀的过程中，可以通过调节腐蚀溶液的浓度和腐蚀时间来精确控制掩膜层的腐蚀速率和形貌。另外，作为掩模层的薄膜还可以采用其他一些纤锌矿结构的薄膜，如AlN等，其目的都是为了使基体301的表面能够腐蚀出不规则如六面体的坑状结构。在生长出上述掩膜层302之后，使用盐酸、硝酸以1 1的体积比混合，然后加上去离子水，作为腐蚀溶液对掩膜层302及基体301进行湿法腐蚀。为了更好地控制腐蚀速率，在所述腐蚀溶液中还可以加入掺杂缓蚀剂；该缓蚀剂可以是六次甲基四胺。在本实施例中，所述腐蚀溶液中的酸性溶液的质量浓度在2%以下；优选地，所述酸性溶液的质量浓度可以控制在0. 5% 之间。利用上述腐蚀溶液进行湿法刻蚀所需要的腐蚀时间以及腐蚀溶液的用量都需要根据腐蚀溶液的浓度、缓蚀剂的用量，还有掩膜层302的厚度、面积以及是否掺杂等因素进行相应的调整。例如，对于同样厚度的掩膜层而言，腐蚀溶液中缓蚀剂的量越多，则进行湿法刻蚀的时间就越长；对于1 μ m厚的掩膜层，可以通过调节缓蚀剂的用量将刻蚀时间控制在1 5分钟。仍然以ZnO薄膜为例，由于ZnO薄膜为纤锌矿结构，晶体内部的晶向不同会使得腐蚀速率也不同，因此腐蚀过程中薄膜表面会出现坑状结构如六角结构。当腐蚀溶液穿透掩膜层302而接触到基体301的表面时，先露出的基体301的表面会先被腐蚀；因此，在所述基体301的表面上不同区域的腐蚀程度也不一样。直到整个掩膜层302完全被腐蚀掉之后， 基体301表面就会形成不规则的图形化形貌。在上述LED衬底的制备过程中，所用到的腐蚀溶液除了可以是盐酸、硝酸(体积比为1 1)和去离子水之外，还可以是使用盐酸、去离子水作为腐蚀溶液对所述掩膜层及所述基体进行湿法腐蚀，或者使用王水、去离子水作为腐蚀溶液对所述掩膜层及所述基体进行湿法腐蚀。具体选用哪种酸性溶液来配制所述腐蚀溶液可以根据实际采用的掩膜层材料来确定。在本实施例中，通过增加一层可以用作掩模层的氧化物薄膜，并利用湿法刻蚀的工艺来对LED衬底进行刻蚀以形成图形化衬底；由于作为掩膜层的纤锌矿结构的薄膜内部的晶体结构及晶向的不同会使得腐蚀溶液对所述薄膜的腐蚀在不同晶向上的腐蚀速率不一样，进而影响到基体表面出现被腐蚀程度的差异；利用这一点，就可以通过调节掩膜层的厚度、腐蚀溶液的浓度以及腐蚀时间来控制蓝宝石衬底的腐蚀形貌。此外，本发明实施例中还提供了一种利用上述方法制备的LED衬底，该LED衬底的表面为不规则结构。由于在上述方法实施例中选用了纤锌矿结构的薄膜作为掩膜层，因此本发明实施例中的LED衬底表面上的不规则结构，可以被刻蚀成六面体坑状结构。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种LED衬底的制备方法，其特征在于，包括 在基体上形成掩膜层，该掩膜层为纤锌矿结构的薄膜；利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，直至所述掩膜层完全腐蚀掉，所述 LED衬底表面形成不规则结构。
2.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述基体为蓝宝石基体。
3.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述掩膜层为ZnO薄膜或 AlN薄膜或者掺杂ZnO薄膜。
4.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，具体包括使用盐酸、去离子水作为腐蚀溶液对所述掩膜层及所述基体进行湿法腐蚀。
5.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，具体包括使用盐酸、硝酸和去离子水作为腐蚀溶液对所述掩膜层及所述基体进行湿法腐蚀； 其中，所述盐酸和硝酸的体积比为1 1。
6.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，具体包括使用王水、去离子水作为腐蚀溶液对所述掩膜层及所述基体进行湿法腐蚀。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述腐蚀溶液还包括缓蚀剂。
8.根据权利要求7所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述缓蚀剂为六次甲基四胺。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，在所述腐蚀溶液中，酸性溶液的质量浓度在2%以下。
10.根据权利要求9所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，在所述腐蚀溶液中，所述酸性溶液的质量浓度在0. 5% 之间。
11.根据权利要求1所述的LED衬底的制备方法，其特征在于，所述掩膜层的厚度为 800nm 1500nm。
12.一种利用权利要求1至11中任一项所述方法制备的LED衬底，其特征在于，所述 LED衬底表面为不规则结构。
13.根据权利要求12所述的LED衬底，其特征在于，所述不规则结构为六面体坑状结构。
全文摘要
本发明公开了一种LED衬底及其制备方法，涉及半导体工艺领域，用以简化图形化衬底的制备过程。本发明提供的LED衬底的制备方法，包括在基体上形成掩膜层，该掩膜层为纤锌矿结构的薄膜；利用湿法刻蚀对所述掩膜层及所述基体进行刻蚀，直至所述掩膜层完全腐蚀掉，所述LED衬底表面形成不规则结构。本发明的方案适用于GaN基LED器件的制作过程。
文档编号H01L33/20GK102263175SQ20101019147
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者高福宝 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司