[实用新型]复合衬底结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域的一种LED外延芯片，尤其涉及一种具有复合结构的LED芯片外延衬底。

背景技术

在制作GaN基LED芯片时，主要是将InGaN、GaN等材料和器件的外延层结构生长在蓝宝石、SiC、Si等衬底上。蓝宝石有许多优点，例如：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、成本低、晶体质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。但使用蓝宝石作为GaN基LED外延衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配、无法制作垂直结构的器件、难以进行减薄和切割等操作等。尤为突出的问题是，蓝宝石衬底的传热性差，其在高温加热时会因上下表面张力不同，或在上表面沉积不同薄膜后产生内部的应力积聚而发生翘曲(参阅图1)，若采用厚度较小的蓝宝石衬底，则翘曲的程度尤甚，进而导致外延生长的InGaN、GaN层等由于生长时沿着外延片径向温度分布不均匀而影响光电参数，比如发光波长、亮度或电压等的不均匀，造成良品率低下。

为克服此问题，业界发展了多种技术方案，例如，其中一种试行方案是通过对衬底加热设备的结构进行改进，以实现对蓝宝石衬底整体进行均匀加热，但这种方案往往会导致设备的结构变得非常复杂，制造成本大幅提高，且对蓝宝石衬底的加热改善有限，蓝宝石衬底仍然具有翘曲问题；另一种常见方案则是采用厚度较大的衬底，如厚度在430μm左右及以上的2英寸蓝宝石晶片或600μm左右及以上的4英寸蓝宝石晶片等作为衬底，以尽量使衬底在外延生长过程中保持平整，但这样做需要在外延层形成后对衬底进行额外的减薄，从而不仅会生产成本增加，而且还会增大衬底的减薄操作的难度和工作量，进而亦会大幅增加LED芯片的制造成本，且导致芯片的良率大幅降低。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提出了一种复合衬底结构，其可有效消除或减轻蓝宝石晶片等衬底在高温条件下进行外延生长时的翘曲问题，并可节约衬底材料以及简化LED芯片制作过程中衬底的减薄操作，大幅降低LED外延片的制造成本，从而克服现有技术中的诸多不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种复合衬底结构，包括由下至上依次设置的第一衬底层、不透明夹层以及第二衬底层；

所述不透明夹层与第一衬底层和第二衬底层结合为一体，且所述第一衬底层和第二衬底层的热膨胀系数相同；当所述第一衬底层被置于一加热元件上时，所述不透明夹层用于吸收该加热元件发出的热辐射，利用吸收的热量加热第一衬底层的内侧面和第二衬底层的内侧面，所述不透明夹层对所述第二衬底内侧面的加热能够使得所述第二衬底层的外侧面的温度满足外延材料的生长温度。

可选地，所述第一衬底层、不透明夹层和第二衬底层依次或同时结合为一体。

可选地，所述不透明夹层的材质为硅、石墨或者两者的组合。

可选地，所述第一衬底层和第二衬底层的材质为蓝宝石材料、ZnO材料、SiC中的一种或其中的组合。

可选地，所述外延材料的材质为GaN。

可选地，所述第一衬底层或/和第二衬底层的直径范围为2英寸，厚度范围为20～190μm；或所述第一衬底层或/和第二衬底层的衬底直径为4英寸，厚度范围为20～260μm；或所述第一衬底层或/和第二衬底层的衬底直径为6英寸，厚度范围为20～460μm。

可选地，所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为70～460μm；或，所述复合衬底结构直径为4英寸，厚度范围为110～660μm；或，所述复合衬底结构的直径为6英寸，厚度范围为190～1010μm。

可选地，所述不透明夹层的材质为石墨；

所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为80～450μm，所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30～180μm；所述复合衬底结构的直径为4英寸，厚度范围为120～650μm，所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30～250μm；或所述复合衬底结构的直径为6英寸，所述第一衬底层或/和第二衬底的厚度范围为30～450μm。

可选地，所述不透明夹层的材质为硅；

所述复合衬底结构的直径为2英寸，厚度范围为80～450μm，所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30～180μm；所述复合衬底结构的直径为4英寸，厚度范围为120～650μm，所述第一衬底层或/和第二衬底层的厚度范围为30～250μm；或所述复合衬底结构的直径为6英寸，所述第一衬底层或/和第二衬底的厚度范围为30～450μm；