[实用新型]图形化衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片

说明书

本实用新型涉及半导体技术领域，公开了一种图形化衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片，衬底包括：衬底本体（110）；周期性的凸起图案结构（120），设置于该衬底本体（110）上；凸起图案结构（120）包括位于顶部的SiO₂层或DBR层（122）、位于中部的SOG层（121）以及与衬底本体材质相同的底部图案层（123），且顶部的SiO₂层或DBR层（122）的折射率大于中部的SOG层（121）的折射率。在本实用新型中的图形化衬底上生长外延结构时，能够有效阻止靠近衬底处的晶体缺陷向外延结构的量子阱部位蔓延，且该图形化衬底能够有效提高光反射率，两方面协同作用，能够有效提升最终LED芯片的光效。

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及一种图形化衬底及包含该衬底的LED外延结构及芯片。

背景技术

目前，GaN基LED器件主要使用蓝宝石做衬底，由于蓝宝石衬底与GaN基LED材料在晶格常数与热膨胀系数方面的差异，导致GaN基LED外延层中存在相当高的穿透位错密度(10⁸～10¹⁰cm^-2) 以及非常大的压缩应力，严重影响GaN基LED光学特性的进一步提高。材料缺陷与内应力的存在是GaN基LED 技术进一步提高内量子效率以及增加晶圆尺寸的主要瓶颈。

为了降低GaN外延材料中的缺陷密度与内应力，目前采用等离子体刻蚀( 韩国专利1020080087406) 与湿法化学腐蚀(中国专利CN1700449A) 技术在蓝宝石上制作图形化衬底（即PSS图案层）的技术，能在一定程度上降低外延层中的位错密度、提高LED 的内量子效率。但是GaN与蓝宝石界面处对入射光的反射率不高，造成大部分进入蓝宝石衬底的光不能被有效提取，从而导致LED器件的外量子效率比较低。

公开号为“CN102683532A”、名称为“一种含有图形化DBR结构的衬底”的中国专利中，在衬底上制备图形化DBR结构（布拉格反射层），在该结构上生长外延层因为DBR介质膜存在外延生长过程为高质量GaN料横向外延生长晶体质量高，材料缺陷少。另一方面因为DBR介质膜在原衬底和GaN外延层之间插入，缓解了GaN 外延层薄膜与蓝宝石衬底之间应力失配，外延薄膜晶体质量比常规图形衬底更优。在该专利的图形化DBR 结构衬底上外延制备LED 管芯结构，其管芯出光方面除了具有PSS LED 管芯结构出光的特点外，凸点DBR 图形很大程度上无吸收反射了背向光，增强了光辐射强度，增大出射面，提高出光效率。与现有提高出光技术的工艺相比，该专利的创新点在于：将图形化衬底和DBR反射膜完好结合，有效提高外延生长薄膜质量，提高光出光效率20％以上。

公开号为“CN 106159051 A”、名称为“新型图形化衬底结构及器件”的中国专利中，采用了内嵌分布式布拉格反射镜的图形化衬底，一方面可以减少衬底形核区( 也就是周期性图形中未被图形化分布式布拉格反射镜底部占据的区域) 面积，从而通过侧向外延生长模式降低晶体的缺陷密度( 在形核区才产生由于GaN 和衬底晶格失配造成的应力),提高晶体质量，另一方面，内嵌的内嵌分布式布拉格反射镜结构能够将器件内部的光大量地反射至器件表面，从而提高了表面出光和外量子效率。另外，由于该衬底可以是蓝宝石，也可以是Si，因此该图形衬底不仅能提高在蓝宝石上生长的GaN 的晶体质量，也能提高Si衬底上GaN 的晶体质量，更解决了Si衬底上GaN 基LED 的光吸收的难题。

上述两个专利中，均是在衬底上直接沉积DBR图形层，经光刻与ICP干法刻蚀后，形成了圆锥形、圆台形、半球形、棱锥形或棱台形等微结构图案，而这种形状的DBR图形层，仍不能有效避免在衬底上生长外延层时，靠近衬底部分的外延层中位错向外延层的量子阱位置蔓延，而量子阱是整个外延层中最重要的部位，其内量子效率直接决定了最终制成的LED芯片的光效。

实用新型内容