一表面由一系列相互间隔的图案21排列而成。图案21的高度为0.8 μπι ~3 μm，其周期性排列的间距为0.1 μπι ~10 μm，相邻3个图案21排列成三角形。图案21具有顶面210、底面211、复数个侧面212和夹置于相邻侧面212和顶面210之间的凹陷区213，凹陷区213的深度和宽度自图案21的顶部向底部逐渐减小。
[0047]在本实施例中，图案顶面210为具有三个凸起结构2101的多边形平面，与衬底20的第一表面平行，且均为衬底的C面。具体的，图案顶面210与侧面212对应之处形成凸起结构2101，而与凹陷区213对应之处形成相邻凸起之间的凹陷结构2102。侧面212由倾斜度不同且分别位于图案21上部和下部的第一侧面2121和第二侧面2122组成，第一侧面2121的倾斜度小于第二侧面2122的倾斜度，第二侧面2122呈弧状。图案21的底面211具有三个转角α，转角α的连线呈弧状，使三个第二侧面2122呈弧状，转角α范围为105° ~115°，底部宽度d范围为4μπι~20μπι。凹陷区213由两个倾斜面2130连接而成，更佳的，其于图案底面211上的投影呈三角形，两倾斜面2130呈轴对称设置，其夹角范围为90-150°，在其他变形实施例中，两倾斜面2130的尺寸也可根据需要设置。凹陷区213主要用于增大图案21表面反射光线的面积，其数目可根据需要设计成1~3个，本实施例中设置3个凹陷区213。
[0048]与图3所示的现有图形化蓝宝石衬底10的图案11相比，本实施例中，衬底20的图案21通过在其表面设置3个凹陷区213，增大其反射光线的面积，另外，图案底面211转角α比现有技术中的衬底图案11中对应的转角角度增大约10°，使图案21的底部宽度d随着增大，以增大图案21表面反射光线的面积，从而实现提高图形化蓝宝石衬底出光效率的效果。
[0049]下面结合附图7~9对上述图形化蓝宝石衬底的制作方法做简单说明。
[0050]参看图7，图形化蓝宝石衬底的制作方法，具体包括如下步骤:S1、提供一蓝宝石平片衬底，具有相对的第一表面和第二表面，在第一表面上形成掩膜层，该掩膜层具有周期排列的掩膜图案，其中第一表面为蓝宝石衬底的C面，掩膜层排列于蓝宝石衬底的C面；
S2、采用湿法刻蚀在第一表面上形成复数个周期性排列的相互间隔的图案21，如图4所示，其结构参考前面详细描述。其中，湿法刻蚀采用浓硫酸和磷酸混合液刻蚀蓝宝石衬底第一表面形成图型化蓝宝石衬底20，浓硫酸和磷酸的体积比为刻蚀时间为500s~3500s，刻蚀温度为 150°C ~300°C。
[0051]在上述方法中，步骤SI形成的掩膜图案为形成图4所示图案的关键。参看图8和图9，掩膜图案30具有至少一个向外延伸的凹陷31，其对应于蓝宝石衬底的晶格方向(al、a2、a3)。较佳的，该掩膜图案30还具有复数个向外延伸的凸起32，其对应于蓝宝石衬底的晶格方向之间。在本实施例中，凹陷31和凸起32交替排列，与蓝宝石的晶格方向数目一致，凸起31和凹陷32的数目均为3，在其他变形实施例中，凸起31和凹陷32的数目也可设置为I个或者2个。
[0052]图4所示的蓝宝石衬底表面图案21之凹陷区213的数目与掩膜图案30之凹陷31的数目对应，且凹陷区213的两倾斜面2130之间的夹角的大小与图案30中两相邻凸起32之间的夹角Θ大小对应。相邻凸起32之间的夹角Θ值可相同也可不同，范围为90° ~150°。掩膜图案30的边缘与中心的距离范围为0.25 μπι ~10μπι，具体地，凹陷31边缘与中心的距离Rl范围0.25 μ m ~2.5 μπι，凸起32边缘与中心的距离R2的范围为0.75~10 μπι;掩膜图案30的高度范围为I μπι~10 μπι，相邻掩膜图案30之间的间距范围为ο.δμπι ~10μπι，相邻3个掩膜图案30排列成三角形；掩膜层的材料为光阻、氧化物或金属。
[0053]本实施例中，掩膜层的图案30大致呈“风车”状，其至少具有一个向外延伸且对应于蓝宝石衬底的晶格方向的凹陷31，以及复数个向外延伸且对应于蓝宝石衬底的晶格方向之间的凸起32，如此，在步骤S2的湿法刻蚀过程中，刻蚀的化学腐蚀溶液沿凹陷31处刻蚀速率较快，而沿凸起32处刻蚀速率较慢，使刻蚀结束后形成的图形化蓝宝石衬底20的图案21具有三个反射光线的凹陷区213，并且图案21的底部宽度d增大，提高图案21的反光面积，提高图形化蓝宝石衬底20的出光效率。
[0054]图10显示了根据本发明实施的一种制作发光二极管的流程图，包括步骤S1~S4，其中步骤S1~S2形成图形化蓝宝石衬底，步骤S3为采用PVD法在图形化蓝宝石衬底20上形成AlN层，步骤S4为在AlN层外延生长发光外延层。下面对各步骤进行简单说明，其中步骤S1~S2参考前述说明即可。
[0055]S3、采用PVD法在步骤S1~S2的方法形成的图形化蓝宝石衬底20的表面上形成一AlN层；该层的厚度为10埃~200埃。
[0056]S4、采用外延生长方式，依次生长缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层，其中缓冲层为基于III族氮化物的材料，优选采用氮化镓，还可以采用氮化铝材料或者铝镓氮材料；N型半导体层优选为氮化镓，也可采用铝镓氮材料，硅掺杂优选浓度为I X 119Cm 3;发光层为优选为具有至少一个量子阱结构，较佳的为具有5~50对量子阱构成；P层半导体层优选为氮化镓，采用镁掺杂，掺杂浓度为1X1019~5X1021 cm 3，较佳的P型半导体层为多层结构，包括P型电子阻挡层、P型导电层和P型接触层，其中P型电子阻挡层紧临发光层，用于阻挡电子进入P型层与空穴复合，优选采用铝镓氮材料，厚度可为50 nm ~200nm。
[0057]图11显示了采用图10所示制作方法形成的发光二极管，其结构包括:图形化蓝宝石衬底20、A1N层40、缓冲层50、N型半导体层60、发光层70和P型半导体层80。在该发光二极管中，采用的图形化蓝宝石衬底20的每个图案21的表面增设3个凹陷区213，并且其底部宽度增大，以增大图案21表面反射光线面积，从而提高图形化蓝宝石衬底20的出光效率。
[0058]应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.图形化蓝宝石衬底，具有相对的第一表面和第二表面，所述衬底第一表面由复数个相互间隔的图案排列而成，其特征在于:所述图案具有复数个侧面和至少一个夹置于所述相邻侧面之间的凹陷区，所述凹陷区的深度和宽度自所述图案的顶部向底部逐渐减小。2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述图案还包括一顶面和一底面，所述凹陷区夹置于所述相邻侧面和顶面之间。3.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述凹陷区由两个倾斜面连接而成。4.根据权利要求3所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述凹陷区在所述图案底面上的投影呈三角形。5.根据权利要求3所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述两倾斜面呈轴对称设置。6.根据权利要求3所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述两倾斜面的夹角范围为 90~150° 。7.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述侧面由倾斜度不同且分别位于所述图案上部和下部的第一侧面和第二侧面组成。8.根据权利要求7所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述第一侧面的倾斜度小于第二侧面的倾斜度。9.根据权利要求7所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述第二侧面呈弧状。10.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底，其特征在于:所述衬底的图案的底部宽度范围为4 μηι~20 μπι。11.发光二极管，包括图形化蓝宝石衬底以及形成于所述图形化蓝宝石衬底上的发光外延层，其特征在于:所述图形化蓝宝石衬底采用权利要求1~10中任意一项的图形化蓝宝石衬底。12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于:所述图形化蓝宝石衬底的表面上具有一层采用PVD法形成的AlN层，所述发光外延层形成于所述AlN层之上。
【专利摘要】本发明公开了一种图形化蓝宝石衬底、其制作方法以及采用该衬底的发光二极管，其中所述图形化蓝宝石衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述衬底第一表面由复数个相互间隔的图案排列而成，其特征在于：所述图案具有一顶面、一底面、复数个侧面、以及至少一个夹置于所述相邻侧面和顶面之间的凹陷区，所述凹陷区的深度和宽度自所述图案的顶部向底部逐渐减小。图形化蓝宝石衬底的图案表面具有的凹陷区增大了其反射光线的面积，从而提高了图形化蓝宝石衬底的出光效率。
【IPC分类】H01L33/10, H01L33/22
【公开号】CN105226152
【申请号】CN201510735204
【发明人】李彬彬, 徐翊翔, 韦静静, 周瑜, 王振, 徐凯, 张家宏
【申请人】安徽三安光电有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年11月3日