[发明专利]一种高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底及其制备方法。该蓝宝石衬底，包括蓝宝石晶片，所述蓝宝石晶片包括晶片C面，在晶片C面上分布有刻蚀孔，所述刻蚀孔包括底部沉孔和扩孔，所述晶片C面及扩孔的表面沉积有一层AlN/AlGaN薄膜，所述底部沉孔内设置有纳米级图形或DBR反射层。该高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底的制备方法依次为涂胶、纳米压印，刻蚀，沉积AlN/AlGaN薄膜，涂胶，曝光、显影，刻蚀，涂胶，曝光、显影，沉积纳米晶粒或沉积DBR反射层等工序。通过本发明获得的图形化蓝宝石衬底结构，能够显著提高蓝宝石晶片的深紫外光折射率，进而大幅度提高LED器件的光提取率，最终提高UVC LED的亮度,该图形化衬底技术可广泛应用于UVC LED制造领域。

技术领域

本发明涉及LED衬底制造领域，尤其是涉及一种高亮度深紫外(UVC)LED用图形化蓝宝石衬底及其制备方法。

背景技术

紫外LED一般指发光中心波长在400nm以下的LED，将发光波长大于380nm时称为近紫外LED，而发光波长短于300nm时称为深紫外(UVC)LED。深紫外发光二极管(UVC LED)具有非常广泛的应用，比如水净化、空气净化、消毒、医疗、等，相比传统UVC光源，具有成本低、小尺寸，使用寿命长以及功耗低等优点。UVC LED市场规模巨大，但是现有技术中因为存在诸多技术难度造成UVC LED发光效率低、市场占比较小的局面。其中，蓝宝石衬底的加工工艺和方法是影响UVC LED发光效率的重要因素。现有的UVC LED采用蓝宝石晶片作为基础材料，蓝宝石晶片上未加工图形，发现，该类蓝宝石晶片存在光提取效率低下，且在该类蓝宝石晶片上直接外延生长的氮化物薄膜位错密度和晶格失配度高，严重影响了UVC LED的发光效率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底及其制备方法，解决现有深紫外LED用蓝宝石晶片光提取效率低下的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底，包括蓝宝石晶片，所述蓝宝石晶片包括用于形成图形化的晶片C面，在晶片C面上均匀分布有刻蚀孔，所述刻蚀孔包括底部沉孔和位于底部沉孔上方且孔径大于底部沉孔的扩孔，所述晶片C面及扩孔的表面沉积有一层AlN/AlGaN薄膜，所述底部沉孔内设置有纳米级图形或DBR反射层。

优选的，所述AlN/AlGaN薄膜的厚度为20～3000nm，所述DBR反射层的厚度为50～300nm。

进一步的，所述底部沉孔和扩孔均为上宽下窄的锥形圆或方孔，底部沉孔的深度为200～500nm，最小孔径为300nm，最大孔径为600nm；所述扩孔的深度为200～500nm，最小孔径为700nm，最大孔径为1000nm。

优选的，所述DBR反射层的材料为TiO₂和SiO₂，结构为TiO₂和SiO₂两种材料以ABAB的方式周期性交叠排列组成。

本发明还公开了一种高亮度深紫外LED用图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先选择一表面平整的蓝宝石晶片，清洗去除表面的杂质；

(2)在蓝宝石晶片的上表面涂覆光刻胶涂层，并通过纳米压印技术在蓝宝石晶片上形成一组光刻胶孔洞结构；

(3)通过感应耦合等离子刻蚀对蓝宝石晶片上表面进行刻蚀，从而在蓝宝石晶片上形成一组刻蚀孔，所述刻蚀孔包括底部沉孔和位于底部沉孔上方且孔径大于底部沉孔的扩孔；

(4)利用SPM溶液清洗去除蓝宝石晶片上表面残留的光刻胶；

(5)利用金属有机化合物化学气相沉积方法在蓝宝石晶片上表面及刻蚀孔内表面沉积一层AlN/AlGaN薄膜；