一种复合图形化衬底及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种复合图形化衬底及其制备方法，复合图形化衬底包括蓝宝石晶片，所述晶片表面的图形根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的最大比值为0.95，各图形上部表面暴露，各图形根部之间沉积有厚度为15-35nm的AlN层。该复合图形化衬底及其制备方法，既保留的蓝宝石图形衬底的优势，此外，通过在图形衬底的下面引入一层和GaN材料晶格失配较低的AlN，有效的提高了后期衬底在使用过程中GaN形核质量从而提高GaN生长质量，另外，还可以有效提高MOCVD的使用效率，提高产能。
【专利说明】一种复合图形化衬底及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发光二极管领域，具体涉及发光二极管多图层复合LED图形化衬底及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现在主流LED都是利用图形化衬底来进行外延生长,如图9、10所示,一方面表面的图形为后期GaN生长提供多种生长晶相的选择，使GaN由传统的二维生长变为三维生长，从而有效的降低GaN基LED材料中的位错密度，避免裂纹的产生，进而能提高LED的内量子发光效率，另一方面，由于阵列图形结构增加了光的散射，改变了 LED的光学线路，形成漫反射，进而提升光提取效率。但蓝宝石衬底和GaN存在14%晶格失配率，很难形核，生长困难，为了克服形核难的问题，将衬底片1000°C左右烤片后，外延普遍处理办法是生长一层厚度20-40nm的质量较差的低温buffer层，然后转入高温3D生长高质量的GaN，此过程中存在高低温转换，会降低MOCVD的使用效率、GaN和衬底之间的晶格失配率高线位错较多、不同层间温差大会导致不同层间的应力影响晶体性能。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种复合图形化衬底及其制备方法，该复合图形化衬底及其制备方法，既保留的蓝宝石图形衬底的优势，此外，通过在图形衬底的下面引入一层和GaN材料晶格失配较低的A1N，有效的提高了后期衬底在使用过程中GaN形核质量从而提闻GaN生长质量，另外，还可以有效提闻MOCVD的使用效率，提闻广能。
[0004]本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为:
[0005]一种复合图形化衬底，它包括蓝宝石晶片，所述晶片表面的图形根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的最大比值为0.95，各图形上部表面暴露，各图形根部之间沉积有厚度为15-35nm的AlN层。
[0006]上述方案中，蓝宝石晶片表面的图形高度为1.5-2.5um。
[0007]上述方案中，所述图形根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的比值为0.8—0.9 ο
[0008]上述复合图形化衬底的制备方法，它包括:
[0009]步骤(I)、制备蓝宝石图形化衬底的步骤；
[0010]步骤(2)、在蓝宝石图形化衬底表面通过化学气相沉积(CVD)或者磁控溅射(sputter)沉积一层厚度15-35nm的AlN层；
[0011]步骤(3)、在AlN层上涂布光刻胶，光刻胶的厚度大于图形高度，进行坚膜处理；
[0012]步骤(4)、在氧气或氮气气氛中电感耦合等离子体(ICP)刻蚀，至光刻胶的厚度为15-lOOnm ；
[0013]步骤(5)、在BCL3或CF3H或CF4或BCL3+CF3H或BCL3+CF4气氛中ICP刻蚀，至各图形上部表面暴露；[0014]步骤(6)、清洗掉剩下的光刻胶，成品。
[0015]上述方案中，步骤(4)中光刻胶的厚度具体为40_60nm。
[0016]半导体晶格失配率的计算方法为两种材料无压力无应力下晶格系数α差异率，即:
[0017]半导体材料的失配率Π = (α 1-α 2)/α I或者η = ( α 1-α 2) / α 2, α I为材料I晶格系数，α 2为材料2晶格系数。
[0018]氮化镓(GaN) a = 3.186 A, c = 5.186 A 正四面体；氧化铝(Al2O3)a=4.758A c=12.992A;氮化铝(AlN) a=3.11θΑ，c=4.978A ；所以 GaN-Al2O3 为最小
晶格失配率16%，GaN-AlN为最小晶格失配率2.4% ;或因此，本发明复合图形化衬底及其制备方法，既保留的蓝宝石衬底的优势:提高晶体质量、芯片发光时形成漫反射增加光的出射；引入A1N，AlN材料是一种可以生长优良GaN新材料，导热性好，和GaN材料的晶格失配率较低，材料稳定性良好，GaN可以很容易在AlN材料上面高质量的外延生长，由于AlN的引入，减低了 GaN和衬底之间的晶格失配，GaN质量得到进一步提升，同时，由于直接进入生长高温GaN，以及衬底在MOCVD里面不需要buffer生长过程中的高低温切换，可以有效提高MOCVD的使用效率，提高产能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1PSS(复合图形化衬底)制成过程中匀胶完成图片。
[0020]图2PSS制成过程中PSS光刻完成图片。
[0021]图3PSS刻蚀完成最终图形。
[0022]图4经过sputter派射或者是CVD镀AlN薄膜后的示意图。
[0023]图5经过第二道匀胶处理有的PSS-AlN衬底图形。
[0024]图602等离子体ICP刻蚀去胶后衬底表面的光刻胶剩余示意图。
[0025]图7ICP刻蚀AlN后衬底示意图。
[0026]图8最终PSS-AlN薄膜衬底示意图。
[0027]图9 一般PSS生长MOCVD所需时间和AlN-PSS生长示意图。
[0028]图10图形化蓝宝石衬底外延片结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]本发明复合图形化衬底的制备方法实施例:它包括:
[0030]步骤(I)、制备蓝宝石图形化衬底的步骤；具体为:
[0031]步骤(1.1)、匀光刻胶，如图1所示，在蓝宝石平片2上面均匀的涂布一层厚度为
1.5-3.5um的光刻胶1，此厚底在后面ICP刻蚀的时候，会直接影响到ICP刻蚀蓝宝石图形的高度；
[0032]步骤(1.2)、曝光显影:利用步进式曝光机(stepper)对已经勻好光刻胶I的晶片进行曝光，曝光完成后利用显影液对曝光完成的片子进行显影，显影完成的晶片如图2所示；
[0033]步骤(1.3)、坚膜处理:显影后的带光刻胶图形的晶片放置在90-150°C的热板上面坚膜2min-5min，让光刻胶里面的溶剂挥发，光刻胶固化，坚膜完成后图形和图2基本没有变化，光刻完成；
[0034]步骤(1.4)、ICP刻蚀:将光刻完成的片子送入到ICP刻蚀，利用BCL3+CF3H/CF4+H2气体进行刻蚀35-50min，图形高度在1.5-2.5um,图形与图形之间的距离
2.0-5.0um(此尺寸由光刻板设计决定)，图形直径占图形间距的80% -90%，完成后晶片进行清洗，得蓝宝石图形化衬底(如图3所示)，其蓝宝石晶片3表面具有图形5 ；
[0035]步骤(2)、在蓝宝石图形化衬底表面通过CVD或者sputter —层厚度15_35nm的AlN层4，如图4所示；[0036]步骤(3)、如图5所示，在AlN层上涂布光刻胶1，光刻胶I的厚度大于图形高度，进行坚膜处理；坚膜处理温度为90-130°C，时间l-3min。
[0037]步骤(3)中使用的光刻胶与步骤(1.1)中使用的光刻胶，可以采用一样的光刻胶，也可以米用不一样的光刻胶。
[0038]步骤⑷、ICP刻蚀:ICP腔体里、在氧气或氮气气氛中电感耦合等离子体刻蚀，通过对ICP时间控制，将光刻胶精确控制去除一部分，留下15-100nm厚光刻胶1，如图6所示；
[0039]步骤(5)、ICP刻蚀:在 BCL3 或 CF3H 或 CF4 或 BCL3+CF3H 或 BCL3+CF4 气氛中 ICP 刻蚀，至各图形上部表面暴露；刻蚀150-250seC，蓝宝石图形表面的AlN被去除，光刻胶下面的AlN被留下，剩下部分光刻胶1，如图7所示；
[0040]步骤(6)、清洗掉剩下的光刻胶，成品。如图8所示，得到的复合图形化衬底包括蓝宝石晶片3，所述晶片表面的图形5高度为1.5-2.5um,图形5根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的最大比值为0.95，各图形上部表面暴露，各图形根部之间沉积有厚度为15-35nm的AlN层。蓝宝石晶片表面的图形
[0041]所述晶片表面的图形5根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的比值最佳为0.8-0.9。
[0042]所述步骤(4)中，留下光刻胶I的厚度最佳为；40-60nm。
[0043]如图9所示，一般的图形化蓝宝石衬底送入到MOCVD里面生长的时候，首先将MOCVD炉体问题升高到1000°C左右烘烤，将晶片表面的吸附气体去除，然后将温度降低到600°C生长低温nucleation层，即buffer层(如图10外延结构所示)，生长buffer完后，升高温度到950°C长U-GaN(图9中A点所示)。而本发明的AlN-PSS将晶片放入到MOCVD后，不再生长buffer，直接将温度升高到950-1000°C左右，生长高温的U-GaN，以及外延结构的后面其他层。
[0044]本发明复合新型图形衬底，适用于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长GaN工艺。
【权利要求】
1.一种复合图形化衬底，它包括蓝宝石晶片，所述晶片表面的图形根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的最大比值为0.95，其特征在于:各图形上部表面暴露，各图形根部之间沉积有厚度为15-35nm的AlN层。
2.如权利要求1所述复合图形化衬底，其特征在于:蓝宝石晶片表面的图形高度为1.5-2.5um。
3.如权利要求1或2所述复合图形化衬底，其特征在于:所述图形根部外接圆的直径与相邻两图形中心点之间距离的比值为0.8-0.9。
4.如权利要求1所述复合图形化衬底的制备方法，其特征在于:它包括: 步骤(1)、制备蓝宝石图形化衬底的步骤； 步骤(2)、在蓝宝石图形化衬底表面通过化学气相沉积或者磁控溅射沉积一层厚度15-35nm 的 AlN 层； 步骤(3)、在AlN层上涂布光刻胶，光刻胶的厚度大于图形高度，进行坚膜处理； 步骤(4)、在氧气或氮气气氛中电感耦合等离子体刻蚀，至光刻胶的厚度为15-100nm; 步骤(5)、在BCL3或 CF3H或CF4或BCL3+CF3H或BCL3+CF4气氛中ICP刻蚀，至各图形上部表面暴露； 步骤(6)、清洗掉剩下的光刻胶，成品。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于:步骤(4)中光刻胶的厚度具体为40_60nm。
【文档编号】H01L33/20GK103956418SQ201410192509
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】项永昌, 葛久志 申请人:项永昌