[发明专利]一种图形化蓝宝石复合衬底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种图形化蓝宝石复合衬底及制备方法，衬底包括平片蓝宝石衬底和SiO₂异质薄膜；在异质薄膜端有高度1.2‑2.2um、底径1.2‑4.5um和周期1.5‑4.0um的圆锥图形，圆锥图形全部分布在异质薄膜层或分布在异质薄膜层和平片蓝宝石衬底的上端，平片蓝宝石衬底刻蚀深度为50‑300nm。该衬底通过激光扫描底部加热的方法纠正弯曲的平片蓝宝石衬底晶格失配，复合蓝宝石衬底的制备，匀胶机匀胶，掩模层的形成，硅胶软膜的制备，掩模层图形化及用ICP设备进行等离子体刻蚀形成有规则的圆锥图形等制成。本发明有效纠正了蓝宝石晶格失配，释放了蓝宝石内部应力，增加了光提取效率，提高了生产效率，降低了成本。

技术领域

本发明属于光电子材料制作技术领域，涉及一种图形化蓝宝石复合衬底及其制备方法。

背景技术

在Light Emitting Diode发光二极管及其它光电子器件的制造过程中，蓝宝石衬底的应用日益广泛，其通常分为平片蓝宝石衬底和图形化蓝宝石衬底（Pattern SapphireSubstrate:PSS）。通常氮化物光电子器件都是制备在蓝宝石衬底上，而蓝宝石与GaN外延衬底之间存在约16%的晶格适配度和约26%热膨胀系数失配度，因而平面蓝宝石衬底上GaN外延层内存在10⁸cm^-2～10¹⁶ cm^-2的密错密度（TD），致使LED的内量子效率（IQE）不高。另外蓝宝石衬底、GaN层与空气的折射率分别为1.7、2.5，1.0.LED的有源层内光子逃逸角仅约23°。对于LED芯片光析出（LEE）低于5%。低的内量子效率与光析出限制了LED的外量子效率（EQE）即光效的提高。因此，如何在基于蓝宝石衬底的基础上提高器件生长质量成为了制约LED器件发展的关键问题，为了减少缺陷密度，增大光提取效率，提高发光二极管的亮度及可靠性，延长其寿命，研究人员试验了很多方法。自2010年前后，图形化衬底（PatternedStructure Substrates）技术逐渐流行起来。

传统图形化蓝宝石衬底主要结构如图7所示，在平片蓝宝石衬底4表面上，利用光刻、显影、干法刻蚀技术形成遍布一个个圆锥形蓝宝石突起9的图形化蓝宝石表面。圆锥形突起9的底面直径尺寸在2-3微米之间，高度在1.7-1.9微米之间。圆锥中轴线之间的距离在3微米之间。其中，图形化蓝宝石衬底是在平片蓝宝石衬底4上加工出具体一定形状、且尺寸在微量级圆锥形突起数组而制成，它可以显著改善GaN外延层的晶体质量，并且能在LED衬底面形成一种散射和反射效果来增加光的取出率，传统图形化蓝宝石衬底目前市面上也被广泛应用于LED外延生长。传统图形化蓝宝石衬底的缺点是利用蓝宝石衬底生长的GaN基LED外延片，蓝宝石晶格失配，蓝宝石内部应力大，衬底发光表面主要在GaN材料表面，而从GaN LED有源层发出的射向蓝宝石衬底的光线，基本会被其它材料吸收，对整体的发光效率相对较少，光提取效率低，生产效率低，成本高。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种图形化蓝宝石复合衬底及其制备方法，该复合衬底有效的纠正了蓝宝石晶格失配，释放了蓝宝石内部应力，增加了光提取效率，提高了生产效率，降低了成本。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种图形化蓝宝石复合衬底，包括底层的平片蓝宝石衬底和上层的厚度为1.2um-3um的SiO₂异质薄膜；在复合衬底的异质薄膜端有高度1.2-2.2um、底径1.2-4.5um和周期1.5-4.0um的圆锥图形，该圆锥图形全部分布在异质薄膜层上或分布在异质薄膜层和平片蓝宝石衬底的上端，平片蓝宝石衬底刻蚀深度为50-300nm。

一种上述图形化蓝宝石复合衬底的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用激光扫描底部加热的方法，纠正弯曲的平片蓝宝石衬底晶格失配：