[发明专利]一种低缺陷高亮度的衬底结构体,制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术领域，尤其涉及一种用于制造发光二极管的薄膜生长的低缺陷高亮度的衬底设计和制备方法及其应用。

背景技术

1971年，基于氮化镓(GaN)材料，科学家Pankove发明了金属-绝缘体-半导体发光二极管。生长高质量的GaN薄膜的困难在于找到合适的衬底材料。1986年，在不同的衬底温度下使用缓冲层，科学家Akasaki证实了在蓝宝石衬底上使用MOVPE(一种金属有机物气相外延方法)生长高质量GaN薄膜是可能的。蓝宝石(0001)C面和纤锌矿(型)结构的GaN的晶格失配为15％，热膨胀系数也相差达到26％，所以通常在没有缓冲层的情况下，生长的GaN薄膜的质量很差，而且蓝宝石上的GaN薄膜会严重的裂缝。科学家Nakamura后来使用铝镓氮(AlGaN)和GaN作为缓冲层生长GaN。尽管有很大的晶格失配，但是获得可接受质量的GaN薄膜是技术可行的，其主要原则是生长50nm的缓冲层，其上是50nm的缺陷区，再其上是150nm的横向生长的半完整区，最上方是完整的GaN区域。

图1示出了现有的衬底结构设计，如图1所示，GaN基光电器件包括衬底10、外延层11、电流扩展层12和电极13，所述外延层11形成在所述衬底10上，所述电流扩展层12形成在所述外延层11上，所述电极13形成在所述电流扩展层12上，所述外延层11其厚度为6-15μm，所述电流扩展层12其厚度为100-300nm，所述电极13其厚度为2-3μm。

现有的衬底制备方法是：在衬底上生长目标薄膜。该目标薄膜依次是先在衬底上生长的外延层，在外延层再生长电流扩展层，最后是在所述电流扩展层上再覆上电极。

现GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点：化学稳定性好，不吸收可见光，透光性好，制备技术比较成熟。

但随着对光电器件光学性能的不断提高的需求，仅仅通过上述生长缓冲层的方式已满足不了需求，需要进一步改进衬底和GaN薄膜的晶格失配、热膨胀系数失配以及折射率失配的问题，以提高器件的出光效率。

因此，如何在不增加器件制作成本、工艺复杂性的前提下有效提高光电器件的出光效率，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低缺陷高亮度的衬底结构体，通过所述原有衬底上形成规则二维和三维形状薄膜层，作为目标薄膜生长前的过渡层，可在不增大器件尺寸的前提下有效提高出光效率。

本发明的另一目的是提供一种低缺陷高亮度的衬底结构体的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种低缺陷高亮度的衬底结构体的用途，利用上述方法制得的衬底材料，可制作出出光效率极高的半导体发光二极管。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种低缺陷高亮度的衬底结构体，包括有用于生长光电器件目标薄膜的基础衬底，覆在基础衬底上且是在基础衬底与目标薄膜的外延层间有一过渡层薄膜，该过渡层至少含有一层二维或三维形状的过渡薄膜。

所述的过渡层薄膜还可以是若干二维或三维形状的过渡薄膜交替叠加而成。

所述的二维或三维形状的过渡薄膜为用掩膜版中的光刻或刻蚀法、选择生长法、溶胶-凝胶法或自主装方法形成的薄膜。

所述的过渡薄膜可以是导电薄膜；亦可以是不导电薄膜。

一种所述衬底结构体的制备方法，包括在基础衬底上生长光电器件的目标薄膜；其特征是在目标薄膜生长前先在基础衬底上生长一过渡层薄膜。

所述生长过渡层薄膜的方法步骤如下：

a)在选择的衬底上形成一新过渡层薄膜的原始实体层，使用掩膜版(光刻刻蚀)法或选择生长法、溶胶-凝胶法、自主装方法中的一种方法在原始衬底上进一步制成二维或三维形状的过渡薄膜；

b)满足过渡薄膜层的需要，则直接进入下一步骤；不满足过渡薄膜层的需要，回到步骤a)；

c)继续制作光电器件，在过渡层薄膜上生长目标薄膜。

更可以在生长过渡层薄膜之前对基础衬底表面进行清洗处理。

一种上述衬底结构体的用途，该衬底结构体用于制作发光二极管芯片。

所述的掩膜版光刻-刻蚀法是先在衬底表面涂上光刻胶，然后利用掩膜版曝光，再显影，使得光刻胶上掩膜版的图形得到保留或剥离，然后再利用化学方法将不需要的图形移去。

所述的选择生长法是使用图形化模板，利用薄膜在模板和衬底的不同物理或化学特性，有选择的在模板或衬底上生长薄膜。