[发明专利]图形化蓝宝石衬底及发光二极管的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制作方法，以及采用该图形化蓝宝石衬底的发光二极管。

背景技术

PSS（PatternedSapphireSubstrate，图形化蓝宝石衬底）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。

发明内容

本发明提出一种图形化蓝宝石衬底及采用该衬底的发光二极管的制作方法，其制作的图形化蓝宝石衬底以及其上的发光二极管，通过增加图形化衬底的图案表面的反光面积，可以提高衬底对光线的反射，从而提升发光二极管的出光效率。

本发明的具体技术方案为：图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下步骤，S1、提供一蓝宝石平片衬底，具有相对的第一表面和第二表面，在第一表面上形成掩膜层，具有周期排列的掩膜图案，所述掩膜图案具有至少一个向外延伸的凹陷，所述凹陷对应于所述蓝宝石衬底的晶格方向；S2、采用湿法刻蚀所述蓝宝石平片衬底的第一表面，形成若干个周期性排列的相互间隔的图案，构成图形化蓝宝石衬底，其中所述掩膜图案之凹陷处刻蚀速率较快。

优选的，所述步骤S2所形成的图案具有复数个侧面和至少一个夹置于所述相邻侧面之间的凹陷区，所述凹陷区的深度和宽度自所述图案的顶部向底部逐渐减小。

优选的，所述图案还包括一顶面和一底面，所述凹陷区夹置于所述相邻侧面和顶面之间。

优选的，所述步骤S1中形成的掩膜图案还具有复数个向外延伸的凸起，所述凸起对应于所述蓝宝石衬底的晶格方向之间。

优选的，所述凸起和凹陷交替排列，所述凸起和凹陷的数目均为3。

优选的，所述相邻凸起之间的夹角范围为90°~150°。

优选的，所述步骤S1中形成的掩膜图案之边缘与中心的距离范围为0.25μm~10μm，所述掩膜图案的高度为1μm~10μm，相邻掩膜图案之间的间距为0.5μm~10μm。

优选的，所述步骤S1中形成的掩膜层的材料为光阻、氧化物或金属。

优选的，所述步骤S2中湿法刻蚀采用浓硫酸和磷酸混合液刻蚀蓝宝石衬底第一表面形成图型化蓝宝石衬底，刻蚀时间为500s~3500s，刻蚀温度为150℃~300℃。

本发明还提供了发光二极管的制作方法，包括如下步骤：

S1、提供一蓝宝石平片衬底，具有相对的第一表面和第二表面，在第一表面上形成掩膜层，具有周期排列的掩膜图案，所述掩膜图案有至少一个向外延伸的凹陷，所述凹陷对应于所述蓝宝石衬底的晶格方向；S2、采用湿法刻蚀所述蓝宝石平片衬底的第一表面，形成若干个周期性排列的相互间隔的图案，构成图形化蓝宝石衬底，其中掩膜图案之凹陷处刻蚀速率较快；S3、在所述图形化蓝宝石衬底表面采用PVD法形成一AlN层；S4、在所述AlN层上外延生长发光外延层，其至少包括N型半导体层、发光层和P型半导体层。

优选的，所述步骤S2所形成的图案具有复数个侧面和至少一个夹置于所述相邻侧面之间的凹陷区，所述凹陷区的深度和宽度自所述图案的顶部向底部逐渐减小

优选的，所述图案还包括一顶面和一底面，所述凹陷区夹置于所述相邻侧面和顶面之间。

优选的，所述步骤S1中形成的掩膜图案还具有复数个向外延伸的凸起，其对应于所述蓝宝石衬底的晶格方向之间。

优选的，所述凸起和凹陷交替排列，所述凸起和凹陷的数目均为3。

优选的，所述步骤S3中AlN层的厚度为10埃~200埃。

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。本发明的目的和其它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

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为蓝宝石晶格结构俯视示意图。

图2~图3为现有技术中图形化蓝宝石衬底的图案之SEM侧视图。

图4为根据本发明实施的一种用于制作图形化蓝宝石衬底的流程示意图。

图5为根据本发明实施的一种用于制作图形化蓝宝石衬底的掩膜层图案。