专利名称：图形化衬底及用于制作所述衬底的掩膜板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种图形化衬底及用于制作所述衬底的掩膜板。
技术背景 以GaN、InGaN以及AlGaN为主的III-V氮化物是近年来备受关注的半导体材料，其I. 9-6. 2eV连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等特性，使其成为激光器、发光二极管(LED)等光电子器件的最优选材料。通常氮化物光电子器件制备在蓝宝石衬底上，而蓝宝石与GaN材料晶格常数相差15%，热膨胀系数和化学性质也相差较大。大的晶格失配使在蓝宝石衬底上生长的氮化物外延层缺陷密度较大，这些缺陷会向后向相邻窗口漫延，从而使GaN有源区的缺陷密度增大。当发光波长为410纳米时，GaN材料和蓝宝石之间光的全反射角为44. 8°，这使得有源区产生近90%的光被限制在器件内，经多次反射而被吸收，这样即增加了 LED的发热量，也使其发光亮度减弱。为了缓解GaN外延层与衬底之间由于晶格失配造成的应力，降低GaN外延层中的位错密度，提高GaN材料的晶体质量，提高GaN基LED的发光亮度，LED行业弓I入了图形化衬底。所述图形化衬底是在衬底上通过湿法高温腐蚀或干法刻蚀形成类似半球形、圆台形、圆锥形、三角锥形、多棱锥形、柱形或一些不规则图形等微结构。所述图形化衬底通过这些微结构对光波形成散射或漫反射，增加光子逃逸的几率，从而提高LED的发光亮度。然而，现有技术中图形化衬底的微结构，无论是半球形、圆台形、圆锥形还是三角锥形，或者是其它图形，其表面都是光滑的，没有任何沟槽或凸起。为了更好地降低GaN外延层与衬底之间晶格失配造成的应力，降低GaN外延层中的位错密度，提高GaN材料的晶体质量，更好地改善LED的发光亮度，在图形化衬底的微结构上再做沟槽或凸起的工作势在必行。然而在已形成图形化的衬底上再做沟槽或凸起的工艺比较复杂，工艺精度要求高，从而成本较高，如何在不增加成本的前提下，形成具有沟槽或凸起条纹表面的微结构的图形化衬底，成为目前LED行业的研究重点之一。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种图形化衬底及用于制作所述衬底的掩膜板，用所述掩膜板采用一次光刻、刻蚀工艺形成图形化衬底，工艺简单成本低，以降低GaN外延层与衬底之间的应力、降低GaN外延层中的位错密度，提高LED的发光亮度。本实用新型提供一种图形化衬底，包括衬底和衬底表面的周期性图形，所述周期性图形由锥形或半球形或圆台形或柱形及其表面的沟槽或凸起条纹组成。作为优选所述锥形为圆锥形、三角锥形或多棱锥形。作为优选所述沟槽或凸起条纹的截面图形可以是半圆形、扇形、方形、三角形、多边形中的至少一种。[0009]作为优选所述周期性图形的底部直径为2-5 u m，高度为I. 5-5 u m，图形间距为3-10u m0本实用新型还提供一种掩膜板，所述掩膜板包括由规则图形和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案组成的周期性图形。作为优选所述规则图形为圆形、三角形、正方形、长方形、平行四边形、梯形或多边形。作为优选，所述凹陷或凸起的图案为半圆形、扇形、方形、三角形、多边形中的至少
一种。 作为优选所述周期性图形的直径为2-5 U m,图形间距为3-10 U m。作为优选所述掩膜板制作上述图形化衬底。与现有技术相比，本实用新型在衬底上形成具有沟槽或凸起条纹表面的锥形或半球形或圆台形或柱形等周期性图形，可降低GaN外延层与衬底之间晶格失配造成的应力，降低GaN外延层中的位错密度，提高GaN材料的晶体质量，更好地改善LED的发光亮度，同时采用包括由规则图形和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案组成的周期性图形的掩膜板来制作所述衬底上的周期性图形，易于实现且成本低。
图Ia-Ib是本实用新型中掩膜板的示意图。图2a_2b是本实用新型中衬底光刻后的示意图。图3a_3b是本实用新型中图形化衬底的结构示意图。图4a_4g是本实用新型中图形化衬底形成过程中各个工艺步骤的剖面图。
具体实施方式
本实用新型下面将结合附图作进一步详述在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。其次，本实用新型利用示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。请参阅图3a_3b所示，本实施例提供一种图形化衬底，包括衬底I和衬底表面的周期性图形11，所述周期性图形11包括微结构12和微结构12表面的沟槽或凸起条纹13，所述衬底I可以是蓝宝石、碳化硅或硅。所述微结构12可以是圆锥形、三角锥形、多棱锥形、半球形、圆台形或柱形。所述沟槽或凸起的条纹13的截面图形可以是半圆形、扇形、方形、三角形或多边形等规则图形，也可以是不规则图形。所述沟槽或凸起的条纹13的截面图形可以相同，也可以是上述各个图形的任意组合。所述周期性图形11的底部直径为2-5 U m,高度为I. 5-5 U m,图形间距为3-10 U m。[0027]本实用新型还提供一种用于制作所述图形化衬底的掩膜板，如图Ia-Ib所示，所述掩膜板包括由规则图形31和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案32组成的周期性图形。所述周期性图形的直径为2-5 u m,图形间距为3-10 u m。所述图案32可以是为凸起或凹陷的任意图形，即可以是例如、半圆形、扇形、方形、三角形或多边形等规则图形，也可以是不规则图形，所述图案32可以相同，也可以是上述各个图形的任意组合。所述规则图形31可以是圆形、三角形、正方形、长方形、平行四边形、梯形或其它类型的多边形等。在本实施例中，以如图Ia所示的掩膜板为掩膜形成如图3a所示的图形化衬底为例，需要说明的是，图4a_4g中光刻胶和衬底图形表面的沟槽或凸起条纹未画出，但不影响对本专利所提供的制备方法的理解。下面简单介绍下图形化衬底的制作方法如图4a所示，在所述衬底I上涂覆光刻胶2，当所述光刻胶2为正胶时，所述掩膜板上由规则图形31和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案32组成的周期性图形区域是不透光的，其它区域是透光的，当所述光刻胶2为负胶时，所述掩膜板上由规则图形31和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案32组成的周期性图形区域是透光的，其它区域是不透光的，所述光刻胶2的厚度为1-5微米；用所述掩膜板做掩膜，光刻形成表面具有纹理图案的周期性图形的光刻胶窗口，如图4b所示，其中所述光刻工艺中，曝光时间为1-30秒，显影时间为1-30分钟，坚膜时间为10分钟-60分钟，坚膜温度为80度-200度；刻蚀窗口内的衬底，形成图形化衬底,所述刻蚀采用ICP刻蚀，在本实施例中，所述刻蚀工艺分为五步，其中各个刻蚀工艺步骤后的剖面图如图4c-4g所示，工艺条件如表I所示，如图4c所示，在第一步中，周期性图形的光刻胶顶部和窗口内的衬底同时被刻蚀；如图4d所示，在第二步中，接着同步刻蚀，光刻胶形成表面有沟槽或凸起的圆锥体；在第三步中，接着同步刻蚀，圆锥体光刻胶逐渐刻蚀，光刻胶下方的衬底由圆柱体逐渐变成圆台体，如图4e所示，经第三步刻蚀后，光刻胶完全刻蚀掉，所述衬底表面形成如图4f所示的图形；如图4f所示的衬底继续经第四步和第五步刻蚀工艺后得到如图4g所示的表面带有沟槽或凸起条纹的圆锥体，本发明还可以用如图Ib所示的掩膜板形成如图3b所示的图形化衬底，采用上述制备方法，利用不同的掩膜板，还可以在所述衬底I表面形成由圆锥形或三角锥形或多棱锥形或半球形或圆台形或柱形12及其表面的沟槽或凸起条纹13组成的周期性图形11。表I
权利要求1.一种图形化衬底，包括衬底和衬底表面的周期性图形，其特征在于所述周期性图形由锥形或半球形或圆台形或柱形及其表面的沟槽或凸起条纹组成。
2.根据权利要求I所述的图形化衬底，其特征在于所述锥形可以是圆锥形、三角锥形或多棱锥形。
3.根据权利要求I所述的图形化衬底，其特征在于所述沟槽或凸起条纹的截面图形可以是半圆形、扇形、方形、三角形、多边形中的至少一种。
4.根据权利要求I所述的图形化衬底，其特征在于所述周期性图形的底部直径为2-5 u m,高度为I. 5-5 u m,图形间距为3-10 u m。
5.一种掩膜板，其特征在于所述掩膜板包括由规则图形和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案组成的周期性图形。
6.根据权利要求5所述的掩膜板，其特征在于，所述规则图形可以是圆形、三角形、正方形、长方形、平行四边形、梯形或多边形。
7.根据权利要求5所述的掩膜板，其特征在于，所述凹陷或凸起的图案可以是半圆形、扇形、方形、三角形、多边形中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的掩膜板，其特征在于所述周期性图形的直径为2-5ym，图形间距为3_10 u rrio
9.根据权利要求5所述的掩膜板，其特征在于所述掩膜板制作如权利要求1-4任一项所述的图形化衬底。
专利摘要本实用新型涉及图形化衬底，包括衬底和衬底表面的周期性图形，所述周期性图形由锥形或半球形或圆台形或柱形及其表面的沟槽或凸起条纹组成。本实用新型在衬底上形成具有沟槽或凸起条纹表面的锥形或半球形或圆台形或柱形等周期性图形，可降低GaN外延层与衬底之间晶格失配造成的应力，降低GaN外延层中的位错密度，提高GaN材料的晶体质量，改善LED的发光亮度，同时采用包括由规则图形和规则图形边缘的凹陷或凸起的图案组成的周期性图形的掩膜板来制作所述衬底上的周期性图形，易于实现且成本低。
文档编号H01L33/20GK202513200SQ20122018208
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者丁海生, 代迎伟, 张昊翔, 李东昇, 李超, 江忠永, 马新刚, 黄捷 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司