[发明专利]一种双面图形的硅化物复合衬底GaN基LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双面图形的硅化物复合衬底GaN基LED芯片，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN材料由于在较低温度(700～1000℃)下易分解，因此GaN材料的生长主要采用异质外延的方法，选用蓝宝石作为异质外延衬底，但蓝宝石与GaN材料有16％的晶格失配，造成GaN外延层晶体结构中存在高密度的线位错，而且GaN材料与蓝宝石的热膨胀系数相差较大，导致GaN在高温下生长在冷却至室温时有可能引入大量线缺陷，这种线缺陷将严重影响器件的电学和热学性能。由于GaN基LED中蓝宝石衬底的限制阻碍着GaN基LED器件的发光效率以及其光电性能的提高。

通常通过减少半导体材料的杂质、晶格缺陷和位错，可提高内量子效率。利用现有的外延生长技术即可使GaN基LED的内量子效率高达80％以上，因此GaN基LED器件的内量子效率已经能够达到较高的水平，而较于内量子效率，GaN基LED的外量子效率和光提取效率却还有待进一步的技术提升。造成GaN基LED外量子效率和光提取效率较低的原因主要包括晶格缺陷对光的吸收、衬底对光的吸收以及光在出射过程中的全反射、材料层中的波导效应等。为了提高氮化镓基发光二极管的出光效率，图形化衬底已成为本领域的研发方向。现有图形化衬底技术主要是通过刻蚀蓝宝石，制作图形衬底，如韩国专利1020080087406、1020060127623，在蓝宝石衬底上制作半球形的掩膜，再刻蚀蓝宝石得到半球形的图案；如中国专利文件CN101924173A、CN101814426A等。CN101826583A(CN201010153212.5)公开一种氮化镓基LED外延用蓝宝石图形化衬底制备方法，包括采用常规技术在蓝宝石衬底上蒸渡沉积一层低折射率材料薄膜；用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上；清洗衬底，去除残留的光阻。采用在本发明得到的图形衬底上外延生长GaN时，穿透位错方向又垂直偏转为水平，从而减少GaN基外延层穿透位错的密度，提高外延层晶体质量，降低半导体发光材料的非辐射复合中心，增强辐射复合，可以提高发光二极管的出光效率。本说明书引用该文件的全文作为现有技术。

CN102064088A(CN201010501449.8)提供了一种干法与湿法混合制备蓝宝石图形衬底的方法，包括以下步骤：(1)在蓝宝石衬底上沉积一层二氧化硅或者氮化硅掩膜；(2)在掩膜层上涂上一层光刻胶，利用光刻胶将图形转移到掩膜层上，利用ICP设备刻蚀掩膜层，形成规则的掩膜图形；(3)用硫酸和磷酸溶液混合溶液湿法腐蚀蓝宝石，制备出所需的蓝宝石图形衬底。本发明通过二氧化硅或者氮化硅作掩膜，先利用ICP干法刻蚀二氧化硅或者氮化硅掩膜，形成规则的三角形和环形图形，然后采用湿法腐蚀蓝宝石，制备出蓝宝石图形衬底。解决了掩膜图形不规则的问题和干法刻蚀蓝宝石价格比较昂贵的问题，增加了出光效率。CN1700449A(CN200410038260.4)提供了一种湿法腐蚀蓝宝石图形衬底的方法，包括：采用常规技术在C面蓝宝石上蒸镀二氧化硅掩膜层；利用光刻技术沿[1100]或[1120]方向光刻条形二氧化硅掩膜图形；用硫酸、或硫酸与磷酸的混合液作为腐蚀液湿法腐蚀该衬底；最后再用稀的氢氟酸溶液腐蚀二氧化硅掩膜层，即可得到蓝宝石图形衬底。

根据现有公开报道，图形化衬底技术提高了蓝宝石衬底GaN基LED芯片的出光效率，但现有技术的普通图形化衬底一般为单面制备图形、且在图形衬底表面直接生长外延层，使得光从外延层进入图形化衬底后，光经过图形衬底表层反射有限，且射向衬底底面的大部分光也不能被反射，使得总体反射率提高程度不够，因而还有待改进以使GaN基LED芯片进一步提高发光效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种双面图形的硅化物复合衬底GaN基LED芯片及其制作方法。

发明概述：

将蓝宝石衬底先做背面减薄并抛光，然后在衬底正面和背面两个面上均制备图形，在此双面制备图形的衬底上制备GaN基LED芯片，最后在背面内凹坑图形内生长硅化物，形成具有不同折射率的复合衬底GaN基LED芯片，从而提高发光效率。

术语说明：

ODR：Omni-directional reflector，全方位反射镜。

SiN_x：x为分数或自然数。

PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积。