[实用新型]一种激光刻蚀错位半球与ODR结合的蓝宝石图形衬底

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光刻蚀错位半球与ODR结合的蓝宝石图形衬底，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN基材料的外延层主要是生长在蓝宝石衬底上，蓝宝石衬底有许多的优点：首先，蓝宝石衬底的生产应用成熟、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，蓝宝石的机械硬度高，易于处理和清洗，因大多数GaN-LED采用蓝宝石衬底生长，蓝宝石衬底上生长GaN材料，存在较多的问题，其中最大的问题是表面出光问题，虽然GaN基LED已经产业化，但是芯片出光效率低的问题仍然没有很好的解决。根据GaN基LED的发光性质来看，一般可以用来提高GaN基LED的发光效率主要有两种途径，一种是提高其内量子效率，一种是提高其外量子效率。由于GaN功率型LED材料一般都是采用MOCVD的外延生长和多量子阱的结构，但是提升内量子效率不明显。

经研究发现组装的InGaN LED能有效的降低体内的位错密度，主要是由于衬底上的微型图形改变了GaN生长，抑制了缺陷的进一步延伸，从而降低了GaN体内的缺陷密度。出光效益的增强的原因是非辐射复合中心(位错和点缺陷)的减少使其发光效益增加。Motokazu Yamada et al.利用PSS(Patterned Sapphire Substrate)技术研究了UV-LED，结果发现在20mA的正向电流注入下，出光效益达到35.5％。解释其原因是PSS结构的衬底使朝下的光的传播方向从几乎规定的方向到任意方向能有效提高LED的出光效益。PSS制备工艺比较简单，且均匀性，稳定性较好，制作成本低，所以得到广泛应用。PSS一方面可以解决由于蓝宝石与GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配这一问题，同时PSS微型图形结构改变了GaN的生长过程，能够抑制缺陷向外延表面延伸，降低了外延的缺陷密度。另一方面，GaN与蓝宝石衬底的折射率和空气的折射率存在差距，GaN材料的折射率(2.4)高于蓝宝石衬底(1.7)和空气的折射率(1.0)，PSS图形结构改变了有源区发出光的传播路线，有源区发出的光入射到PSS图形上反射回去，经过GaN材料入射到GaN与空气的界面，与普通蓝宝石平面比较，减小了入射角，减少全反射的机会，增加出光机会，使更多的光经PSS结构作用反射出来，这样就提高了光提取效率。

但是LED结区发出的光是向上、下两个表面出射的，而封装好的LED是“单向”出光的， 因此，有必要将向下入射的光反射或直接出射。直接出射的方法即为透明衬底法，但是这种方法的成本较高、工艺复杂。本专利研究的是由多层交替的高折射率和低折射率材料组成的ODR结构，它位于外延层和衬底之间，能够将射向衬底的光利用ODR反射原理反射回上表面，在PSS基础上更加增加出光效率，同时提高GaN的晶体质量。

中国专利文件CN201510414119.8公开了一种周期性碗状结构模板及其制备方法的专利，在基底上沉积二氧化硅掩膜层，在其上旋涂光刻胶，制备周期性微纳米光刻胶点阵图形，在光刻胶结构上沉积一层金属薄膜，经过剥离后得到金属孔阵图形，再以金属孔阵结构为掩膜，采用湿法腐蚀技术形成二氧化硅的碗状阵列结构，最后除去金属掩膜。该专利是采用湿法腐蚀，工艺不易控制，并且金属掩膜容易脱落。

中国专利文件CN201210190964.8公开了一种用于提高GaN膜质量的蓝宝石图形衬底及制备方法，专利中用掩膜技术在c面蓝宝石衬底上制备三角形掩膜图形，并利用ICP干法刻蚀或湿法刻蚀技术将掩膜图形转移到蓝宝石衬底上并形成侧面为[105]面的三棱锥或者三棱台。本实用新型通过在蓝宝石衬底上制备多个规则排列的蓝宝石[105]晶面暴露的三棱锥或三棱台，能够有效地降低其上生长的GaN薄膜内由应力引起的缺陷的密度，提高了GaN膜的生长质量。该专利是三棱锥或者三棱台形状图形用于提升产品质量及出光，但是图形以外的区域是平面，是不利于出光的。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供激光刻蚀错位半球与ODR相结合制备蓝宝石图形衬底提高出光效率的衬底。

术语解释：

1.ODR：全方位反射镜。

2.GaN-LED：GaN基发光二极管。

本实用新型的技术方案如下：

一种激光刻蚀错位半球与ODR结合的蓝宝石图形衬底，衬底表面设有半球状突起，相邻两个半球状突起之间的衬底设有半球状凹槽，半球状突起表面设有反射镜层。

根据本实用新型优选的，所述的反射镜层的厚度为50nm-1μm。