[发明专利]一种图形化复合衬底、LED外延片及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种图形化复合衬底、LED外延片及其制备方法。该图形化复合衬底包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。本发明实施例解决了现有图形化复合衬底内量子效率和光提取效率仍较低的问题，一方面能够改善外延材料的晶体质量，提升内量子效率，另一方面可以增大光反射角，提升光的提取效率，有助于改善对应制备的LED芯片的出光效率。

技术领域

本发明实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图形化复合衬底、LED外延片及其制备方法。

背景技术

因蓝宝石材料具有物化稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术成熟等优点，是最普遍的GaN生长衬底。然后，由于GaN与蓝宝石存在较大的晶格失配与热失配，使得蓝宝石衬底上生长的GaN位错与缺陷密度大，最终对LED器件的发光效率与寿命造成不良影响。

随着技术的发展，图形化蓝宝石衬底(PSS)表现出明显的优势。一方面，PSS结构通过在蓝宝石表面制备细微结构，改变了GaN的生长过程，使晶格失配位错在图形底部生长区域发生弯曲并合拢，有效抑制了缺陷向外延表面的延伸，能够降低外延层应力、改善晶体生长质量，从而降低非辐射跃迁、减少非辐射复合中心、提高LED内量子效率；另一方面，图形化了的GaN/蓝宝石界面能够散射从有源区发射的光子，使得原本全反射的光子有机会出射到器件外部，能有效提高光提取效率。综合而言，PSS器件外量子效率因内量子效率与光提取效率的提高而改善。

伴随着产业的发展，消费端对LED外量子效率的要求越来越高，传统图形衬底必须从材料与结构两大方面入手，进一步提升内量子效率与光提取效率以满足市场需求。

发明内容

本发明提供一种图形化复合衬底、LED外延片及其制备方法，以改善外延材料的晶体质量、提升内量子效率，同时有助于增大光反射角，提升出光提取效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种图形化复合衬底，包括衬底基板、位于所述衬底基板上的多个复合微结构，所述复合微结构包括上下层叠的异质层和衬底层，所述衬底层与所述衬底基板为一体结构；

所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凹洞和/或至少一个凸起，所述异质层与所述衬底层构成复合微结构凸起。

可选地，每一个所述复合微结构中，所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有多个凹洞，所述多个凹洞以正多边形的顶点周期性排布，或者，所述多个凹洞以正多边形的顶点和中心点周期性排布。

可选地，所述凹洞的排布周期为0.5-3.0μm，开口的宽度为0.1-2.0μm，深度为0.1-1.5μm。

可选地，所述凹洞的深度与所述衬底层的厚度的比例范围为50％-300％。

可选地，所述衬底层的厚度与所述复合微结构的高度的比例范围为10％-80％。

可选地，所述凹洞为倒立的多边形椎体、圆锥体、椭圆锥体、圆柱、圆台或球冠。

可选地，每一个所述复合微结构中，所述衬底层与所述异质层相交界的表面设置有至少一个凸起，所述凸起为多边形椎体、圆锥体、椭圆锥体、圆柱、圆台或球冠。

可选地，所述衬底层的厚度占所述凸起的高度和所述衬底层的厚度之和的比例范围为5％-20％。

可选地，所述凸起的底面的宽度为0.2-3μm，高度为0.12-2.5μm。

可选地，所述复合微结构为多边形椎体、圆锥体、椭圆椎体、圆柱、圆台或球冠，或者，所述复合微结构为类多边形椎体，类圆锥体、类椭圆椎体，所述复合微结构的侧壁具有弧度。