[实用新型]一种新型图形化蓝宝石衬底

说明书

本实用新型公开了一种新型图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的图形化表面上至少有两组大小不同的第一凹底和第二凹底形成周期性图形排列，其中：所述第一凹底的底宽L1大于第二凹底的底宽L2,且第一凹底的底深W1小于第二凹底的底深W2。本实用新型的优点在于：使用本实用新型的图形化蓝宝石衬底成长发光二极管，外延底层侧向成长所需越过的高度较矮,可放大外延工艺制程的窗口，具有提升发光二极管光提取效率的功能，且本实用新型的图形化蓝宝石衬底制作只需一次刻蚀，制程技术简单、效率高。

技术领域

本实用新型涉及氮化镓基发光二极管衬底技术领域，尤其涉及一种新型图形化蓝宝石衬底。

背景技术

氮化镓基发光二极管为下一世代白光光源材料,欧美日等先进国家均积极发展。当前氮化镓基发光二极管衬底主流是使用图形化蓝宝石衬底,相较过去的蓝宝石衬底, 使用图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate,PSS)可得到晶体质量更佳、芯片亮度更亮的氮化镓基发光二极管外延结构层。

当前主流的图形化蓝宝石衬底，图形(Pattern)的高度为1.65~1.85微米,宽度为2.65~2.85微米,间距为0.35~0.15微米,且其衬底表面垂直方向为C-planet,和传统的蓝宝石衬底相较,目前主流的图形化蓝宝石衬底可提供晶体质量更佳(外延层由图形C-planet上的”间距”向上后转侧向成长, 抑制外延缺陷向表面结构延伸, 改善二极管晶体质量)、芯片亮度更亮(利用蓝宝石衬底上的图形改变光入射角,破坏界面全反射条件,提升二极管的光取出效率) 的氮化镓基发光二极管外延结构层。

而现有技术,为获得较佳的外延晶体质量与芯片亮度提升,在外延工艺能力许可范围之下,图形化蓝宝石衬底的图形高度和宽度要尽可能的大,而间距要尽可能的小,但如今在主流周期3微米的条件下,主流规格图形宽度已接近2.85微米, 图形间距则为0.15微米,对改善发光二极管特性而言,蓝宝石衬底图形宽度已无太大改进空间;而对蓝宝石衬底图形高度而言,目前主流规格的上限约在1.85微米,这个数值主要受限于图形化蓝宝石衬底制造工艺与氮化镓基发光二极管外延成长工艺,对外延成长工艺而言,外延层要从蓝宝石衬底图形的间距(C-planet)先向上成长超过蓝宝石衬底图形高度(1.85微米)再侧向成长将晶体接合,后续若要继续提高蓝宝石衬底图形高度,对氮化镓外延工艺将是很大的挑战。

后续又有针对目前图形化蓝宝石衬底导入”空气桥(air bridge)”的技术改善提案,如专利CN103887390A,这种”空气桥”的技术优势是通过氮化镓层与蓝宝石衬底之间形成空气间隙，空气作为最低折射率的材料，使光在氮化镓和空气界面更易被反射，以提高发光二极管的光提取效率；另外如专利CN104332541A,也是利用空心结构成为空气间隙，氮化镓材料折射率为 2.5，氮化铝材料折射率为 2.0，空气作为最低折射率的材料，光在氮化镓、氮化铝、空气和蓝宝石衬底界面处不易被透射更易被反射，可产生更高的反射率，提高了发光二极管的光提取效率。

然而，后续提出的”空气桥”设计,是基于现行图形化蓝宝石衬底工艺的改良,具有提升发光效率的作用,这些改良的制程技术十分复杂(需要二次刻蚀),造成改良技术的图形化蓝宝石衬底成本偏高,实际使用效益有限。以上现有技术均存在不足。

实用新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种新型图形化蓝宝石衬底，解决了现有技术中制程技术十分复杂，工艺难度大，需要二次刻蚀,造成改良技术的图形化蓝宝石衬底成本偏高,实际使用效益有限的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的图形化表面上至少有两组大小不同的第一凹底和第二凹底形成周期性图形排列，其中：所述第一凹底的底宽L1大于第二凹底的底宽L2, 且第一凹底的底深W1小于第二凹底的底深W2。