[实用新型]一种铌酸锂衬底

说明书

技术领域

本实用新型属于LED制造工艺技术领域，尤其涉及一种铌酸锂衬底。

背景技术

自从20世纪90年代初GaN(氮化镓)基LED商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED的结构已趋于成熟和完善，但可用于GaN基LED的衬底材料却寥寥无几，可用于商业化的衬底材料更是少之甚少。目前，市面上通常采用蓝宝石和碳化硅两种衬底材料，其中蓝宝石材料由于具有化学稳定性好、生产技术相对成熟等优势而应用最为广泛，但用蓝宝石材料作为GaN基LED的衬底也存在很多问题，首先蓝宝石材料存在晶格失配和热应力失配，所述的晶格失配和热应力失配不仅会在外延材料中产生大量的缺陷，而且还会给后续器件的加工增加额外的困难；其次蓝宝石材料的导热性能也不太好，而为了将LED芯片产生的热量通过蓝宝石衬底导出，通常需要将蓝宝石衬底的厚度由400-500um减薄到100um以内(当然，对蓝宝石衬底材料减薄的另一个目的是为了后续切割的方便)，由于蓝宝石衬底的硬度却仅次于金刚石，这一缺点无疑大大增加了减薄工艺的时间成本和金钱成本；再有，近年来为了迎接LED发光亮度的挑战，将LED的应用领域扩大到通用照明领域，需要制作出各种各样的图形化的蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)或光子晶体，而要在较高硬度的蓝宝石衬底上制作所述的PSS衬底或光子晶体，需要昂贵的设备，无疑增加了困难和成本。

目前，可以通过现有的光刻以及刻蚀工艺制备出圆锥形图形化的蓝宝石衬底来提高LED发光亮度。如果圆锥形图形化蓝宝石衬底(用环氧树脂封装后)的出光效率随圆锥形底角的变化关系采用光线追迹软件Tracepro模拟，可得到图1，由图1可以看出如果将圆锥形的底面直径Dc固定为3um，圆锥形底角θc是55度时，芯片的出光效率最高；如果将圆锥形的底面直径Dc固定为其它尺寸时(10um以内)，也能得到基本相同的结果。因此，用光线追迹软件Tracepro模拟出的圆锥形图形化蓝宝石衬底的出光效率最高的圆锥体形状如图2所示，其中圆锥形的底面直径Dc并非关键参数，圆锥形底角θc才是影响出光效率的最重要的参数，即蓝宝石衬底与GaN外延材料的界面方向和有效面积才是影响出光效率的关键。因此，如果不考虑蓝宝石衬底上所制备的图形图案的加工难度和后续生长外延的难度，那么蓝宝石衬底上具有底角θc为55度的锥体越多越好、锥体排布的越密越好，理想状态是锥体与锥体的底面相切。然而，由于现有光刻及刻蚀工艺的加工精度有限，限制了不能加工出尺寸太小的锥体形状，且如果锥体排布的太密，后续就没有一个稳定的外延生长面，这就会给外延生长带来非常大的困难。因此，才导致市面上存在的图形化蓝宝石衬底大部分都如图3所示，图形的尺寸不能太小，如高度hc为大约1.5um，底面直径Dc为大约2.5um，图形与图形之间的间距大约为0.5um，即底角θc为大约50度，这大大限制了图形化衬底提高亮度的效果。

因此，为解决目前现有材料制造LED衬底所带来的上述问题，急需提出一种新的衬底用于LED芯片的制造。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种铌酸锂衬底，可以在不做图形化衬底或光子晶体的前提下，将铌酸锂晶体作为LED衬底，以便提高LED的发光亮度的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出的一种铌酸锂衬底，所述铌酸锂衬底通过生长铌酸锂晶体形成，所述铌酸锂衬底为在所述铌酸锂晶体的生长的过程中掺入光折变元素的衬底。

进一步的，所述光折变元素为铁、铜、锰、铈中的一种或多种。

进一步的，所述铌酸锂衬底的表面具有周期性变化的折射率，所述周期性变化为一维周期性，或为多维周期性。

进一步的，所述铌酸锂衬底表面平坦。

进一步的，所述铌酸锂衬底表面具有图形化的结构。

由上述技术方案可见，本实用新型与传统通过制备图形化的蓝宝石衬底来提高LED的发光亮度的工艺相比，本实用新型公开的铌酸锂衬底，具有以下几方面的优势：