[发明专利]一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法。所述图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。所述制备方法包括如下步骤：(a)在蓝宝石平片表面涂覆形成含硅有机涂层；(b)在含硅有机涂层表面涂覆光刻胶形成光刻胶层，光刻形成掩膜图形；(c)在光刻胶层的保护下刻蚀含硅有机涂层，将图形转移至含硅有机涂层，去除光刻胶，得到所述图形化蓝宝石衬底。本发明以图形化的含硅有机涂层替代传统的图形化蓝宝石衬底，所述含硅有机涂层的折射率比蓝宝石低，能够有效增加衬底对光的散射效果，提高LED的发光效率；并且，其硬度低于蓝宝石，增大了光刻和刻蚀工艺的宽容度，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种图形化蓝宝石衬底及其制备方法。

背景技术

目前LED发光二极管最为理想的亦即应用最广的材料为氮化镓(GaN)，但制备氮化镓单晶材料非常困难，暂无行之有效的办法，目前主要是在异质衬底如蓝宝石、碳化硅等具有相似晶格结构的衬底上进行外延生长氮化镓材料。蓝宝石因具有机械性能和化学稳定性好、不吸收可见光、制造技术相对成熟等优点，是目前LED最为理想的衬底材料。而相对于普通的蓝宝石平片衬底，在其表面制作具有特定规则的微结构图案后的图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)，其表面图形改变了氮化镓材料的生长过程，提供了多种生长晶向的选择，氮化镓在图形表面生长速率的不同使晶格失配位错在衬底生长区发生弯曲并合拢，有效的提高了器件的内量子效率；另外蓝宝石的折射率为1.760，氮化镓的折射率为2.4，折射率的差异会使光从外延层进入图形衬底时形成反射，改善氮化镓基发光二极管的出光率。因此PSS成为了开发高亮度大功率LED器件的首选衬底材料。

PSS衬底的制作方法主要是通过在蓝宝石表面进行光刻形成掩膜图形，然后刻蚀蓝宝石去掉掩膜，得到图形化的衬底。该制作虽已进入大规模批量生产阶段，但相关研究工作还在进行，主要集中在图形形貌优化，提高刻蚀工艺的重复性、一致性及降低生产成本等方面。由于蓝宝石的硬度很高，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，整片图形做好一致性和均匀性都有很高的难度，制造过程对光刻材料及设备工艺的要求都非常高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种图形化蓝宝石衬底，以解决现有技术中存在的蓝宝石衬底硬度高致刻蚀难度大的技术问题，且较蓝宝石更低的折射率可以进一步提高光的提取率。

本发明的第二目的在于提供一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，所述制备方法工艺简单，设备工艺宽容度高，适于大规模生产。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石平片和在其表面形成的图形化的含硅有机涂层。

优选的，所述含硅有机涂层中硅含量为20-45％。所述含硅有机涂层的折射率根据含硅量的不同而不同，约在1.3-1.7之间。

本发明在蓝宝石平片表面，以图形化的含硅有机涂层替代现有的图形化蓝宝石衬底，所述含硅有机涂层的折射率比蓝宝石(1.760)低，能够进一步增加衬底对光的散射效果，使更多的光被直接散射到氮化镓中而不是进入衬底传播，有效的提高了LED的发光效率；并且，含硅有机涂层的硬度低于蓝宝石，在光刻及刻蚀工艺中具有较大的宽容度，降低了生产成本。

优选的，所述含硅有机涂层的主要成分为聚硅氧烷树脂、聚倍半硅氧烷树脂、改性硅氧烷树脂等中的一种或几种的混合物溶液，加热固化即可。

优选的，所述含硅有机涂层还包含固化剂，可以提高固化性能。

本发明还提供了一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下步骤：

(a)在蓝宝石平片表面涂覆形成含硅有机涂层；