[发明专利]图形化蓝宝石衬底的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一个图形化蓝宝石衬底、其制作方法以及采用该图形化蓝宝石衬底的发光二极管。

背景技术

PSS（Patterned Sapphire Substrate，图形化衬底）是在蓝宝石衬底上利用光刻、刻蚀等工艺，形成具有图形化表面的蓝宝石衬底。图形化衬底一方面能够有效降低外延结构层的位错密度，提高外延材料的晶体质量和均匀性，进而能提高发光二极管的内量子发光效率，另一方面，由于阵列图形结构增加了光的散射，改变了发光二极管的光学线路，进而提升了出光几率。

在现有的图形化衬底中，普遍存在较大面积的C面( 即蓝宝石的(0001) 面)。C 面上形成的穿透位错容易扩展至发光二极管的量子阱，导致非辐射复合。中国专利文献CN102244170B公开了一种准光子晶体图形蓝宝石衬底，其试图降低蓝宝石衬底图形结构中露出的C 面在整个蓝宝石衬底面积中所占比例，但是由于其图形结构由一系列光子晶体结构构成，各个光子晶体结构之间必然存在间隙205，即存在C面。

发明内容

本发明提出一种图形化蓝宝石衬底的制作方法，其形成的图形化表面可以达到无C面存在，从而降低蓝宝石衬底上氮化镓外延材料的穿透位错密度。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种图形化蓝宝石衬底的制作方法，包括步骤：1）提供一蓝宝石衬底，具有相对的第一表面和第二表面，在第一表面上形成图案化掩膜层；2）采用干蚀刻在第一表面上形成一系列突起结构，所述各个突起结构之间的连接区域被蚀刻成小凸面；3）对所述蓝宝石衬底的第一表面进行湿法蚀刻，从而形成图形化表面，该表面具有一系列规则排列的第一尺寸d1的第一突起部，所述各个第一突起部之间的连接区没有C面（即（0001）面）。

优选地，所述步骤1）中形成的图案化掩膜层由一系列柱状光阻、氧化物或金属构成。

优选地，所述步骤1）中形成的图案尺寸直径为0.5um～6um，各个图案之间的间隙为0.5um～6um。

优选地，所述步骤2）中形成的连接各个突起结构的小凸面为曲面。

优选地，所述步骤2）中形成的连接各个突起结构的小凸面的高度为0.05um~0.5um。

优选地，所述步骤3）中采用硫磷酸混和液蚀刻所述蓝宝石衬底的第一表面，形成所述图形化表面。

优选地，所述步骤3）中形成的图形化表面还具有一系列第二尺寸d2的第二突起部，相邻的三个第一突起部之间构成三角形，所述三角形内部具有一个二突起部，其中d1>d2，所述第一突起部和第二突起部直接或以曲面相连接从而使得所述连接区没有C面（即（0001）面）。

本发明还提供一种发光二极管的制作方法：包括步骤：1）提供一蓝宝石衬底，具有相对的第一表面和第二表面，在第一表面上形成图案化掩膜；2）采用干蚀刻在第一表面上形成一系列突起结构，所述各个突起结构之间的连接区域被蚀刻成小凸面；3）对所述蓝宝石衬底的第一表面进行湿法蚀刻，从而形成图形化表面，该表面具有一系列规则排列的第一尺寸d1的第一突起部，所述各个第一突起部之间以曲面相连接从而使得所述连接区没有C面（即（0001）面）；4）在所述图形化表面上采用PVD形成一AlN层；5）在所述AlN层上外延生长发光外延叠层，其至少包含n型半导体层、发光层和p型半导体层。

优选地，所述步骤2）中形成的连接各个突起结构的小凸面为曲面。

优选地，所述步骤3）中采用硫磷酸混和液蚀刻所述蓝宝石衬底的第一表面，形成所述图形化表面。

优选地，所述步骤3中形成的图形化表面还具有一系列第二尺寸d2的第二突起部，相邻的三个第一突起部之间构成三角形，所述三角形内部具有一个二突起部，其中d1>d2，所述第一突起部和第二突起部直接或以曲面相连接从而使得所述连接区没有C面（即（0001）面）。

优选地，所述步骤4）中形成的AlN层的厚度为10埃~200埃。

本发明所述图形化蓝宝石衬底的制作方法，其形成的表面图案结构可以达到完全不存在c面，一方面可以有效消除C 面上形成的穿透位错，提升外延结构的晶体质量，另一方面， 由于不存在c面，有利于更多的光线射出发光二极管，大大提高了LED 的光提取率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明