一种复合图形衬底及其制作方法与流程

1.本发明属于半导体器件制备技术领域，具体涉及一种复合图形衬底及其制作方法。


背景技术：

2.led因具有高的发光效率及更长的使用寿命等优点，目前已经广泛的应用在背光、照明、景观等各个光源领域，进一步提高其发光效率仍然是当前行业发展的重点，同时，提高led的出光效率以及器件的可靠性是行业内的一大难题。在现有技术中，通常采用几种材料组合形成led芯片的复合图形衬底，这种复合图形衬底可以有效降低外延层内部的位错密度，提高内量子效率，进而提高led芯片的亮度和寿命。然而，在实际生产过程中，由于不同材料的晶格常数、热膨胀系数不尽相同，因此在不同材料的交界面处会产生应力，从而容易造成膜层的剥离，影响led芯片的可靠性。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出一种复合图形衬底及其制作方法，所述复合图形衬底包括衬底以及周期性排布在衬底上方的若干图形结构，所述图形结构包括由部分衬底形成的第一部分，以及由图形介质层形成的第二部分，且第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构，从而在界面处形成由下至上衬底的组分含量逐渐减少，而图形介质层的组分含量逐渐增加的缓冲层，一方面能够缓解界面处的应力，使膜层不易剥离，提高复合图形衬底的可靠性；另一方面，界面处的折射率也是随着衬底和图形介质层组分含量的变化而逐渐变化的，有利于减少光线在界面处的反射损耗，从而提高出光率。除了图形结构的第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构外，还可以同时在图形介质层的表面形成第二粗化结构，从而可以进一步地提高出光率。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合图形衬底，所述复合图形衬底包括：
5.衬底；
6.若干图形结构，周期性排布在所述衬底上方，所述图形结构包括第一部分以及形成在所述第一部分上方的第二部分；
7.其中，在所述图形结构的第一部分与第二部分的界面处，所述第一部分形成由若干连续排布的峰谷组成的第一粗化结构。
8.可选地，所述第一粗化结构的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。
9.可选地，所述图形结构形成为圆锥形、多面体锥形、圆台状或多面体台状结构。
10.可选地，所述衬底的材料选自蓝宝石、gan、aln、mgal2o4、lialo2、ligao2、mgo、gaas、ga2o3中的一种。
11.可选地，形成所述图形结构的第一部分的材料与所述衬底的材料相同，形成所述图形结构第二部分的材料为不同于所述衬底材料的形核抑制材料。
12.可选地，所述图形结构第二部分的表面具有由若干连续排布的峰谷组成的第二粗化结构。
13.可选地，所述第二粗化结构的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。
14.本发明还提供一种复合图形衬底的制作方法，所述复合图形衬底的制作方法具体包括如下步骤：
15.提供一衬底，对所述衬底表面进行粗化形成第一粗化结构；
16.在所述衬底表面沉积介质层；
17.刻蚀所述介质层及部分衬底形成若干周期性排布的图形结构，其中刻蚀所述部分衬底形成图形结构的第一部分，刻蚀所述形核抑制层形成图形结构的第二部分。
18.可选地，还包括对所述图形结构第二部分进行粗化处理，在所述第二部分的表面形成第二粗化结构。
19.可选地，所述第二粗化结构的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。
20.可选地，刻蚀所述形核抑制层及所述衬底采用相同的刻蚀气体，所述刻蚀气体选自bcl3、cl2、ar中的一种或几种。
21.可选地，采用含氟气体的刻蚀气体对所述第二部分进行粗化处理。
22.本发明的复合图形衬底及其制作方法，至少具有以下有益效果：
23.本发明提出的复合图形衬底包括衬底以及周期性排布在衬底上方的若干图形结构，所述图形结构包括由部分衬底形成的第一部分，以及由图形介质层形成的第二部分，且第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构，从而在界面处形成由下至上衬底的组分含量逐渐减少，而图形介质层的组分含量逐渐增加的缓冲层，一方面能够缓解界面处的应力，使膜层不易剥离，提高复合图形衬底的可靠性；另一方面，界面处的折射率也是随着衬底和图形介质层组分含量的变化而逐渐变化的，有利于减少光线在界面处的反射损耗，从而提高出光率。除了图形结构的第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构外，还可以同时在图形介质层的表面形成第二粗化结构，从而可以进一步地提高出光率。
附图说明
24.图1显示为实施例一提供的复合图形衬底的结构示意图。
25.图2显示为实施例一提供的复合图形衬底的制作方法的流程图。
26.图3显示为实施例一中步骤s1形成的衬底的结构示意图。
27.图4显示为实施例一中步骤s2形成的介质层的结构示意图。
28.图5显示为实施例一中步骤s3形成的若干个柱状结构的示意图。
29.图6显示为实施例二提供的复合图形衬底的结构示意图。
30.元件标号说明
[0031]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底
[0032]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图形结构
[0033]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
柱状结构
[0034]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图形结构的第一部分
[0035]
210
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一粗化结构
[0036]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图形结构的第二部分
[0037]
220
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二粗化结构
[0038]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
缓冲层
[0039]
200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
介质层
具体实施方式
[0040]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0041]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0042]
实施例一
[0043]
本实施例提供一种复合图形衬底，如图1所示，所述复合图形衬底包括衬底1以及周期性排布在衬底1上方的若干图形结构2。
[0044]
作为示例，衬底1的材料选择容易磊晶的材料，例如可以选自蓝宝石、gan、aln、mgal2o4、lialo2、ligao2、mgo、gaas、ga2o3中的一种，本实施例以蓝宝石衬底(al2o3)为例。
[0045]
作为示例，图形结构2可以为圆锥形、多面体锥形、圆台形或多面体台状结构，本实施例以圆锥形结构为例。如图1所示，图形结构2包括第一部分21以及形成在第一部分上方的第二部分22，其中，图形结构第一部分21由部分衬底形成，因此第一部分的材料与衬底的材料相同，图形结构第二部分22由不同于衬底材料的形核抑制材料形成，例如可以是sio2、si
x
n
y
等材料，在本实施例中，以图形结构第二部分22的材料为sio2为例进行说明。
[0046]
如图1所示，图形结构的第一部分21在与第二部分22的界面处形成有第一粗化结构210，第一粗化结构210由若干连续排布的峰谷组成，且第一粗化结构210的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。
[0047]
第一粗化结构210使接触面附近形成缓冲层23，缓冲层23自下而上衬底材料(al2o3)的组分含量逐渐减少，而介质层(sio2)的组分含量逐渐增多，即在本实施例中，界面处al2o3含量逐渐减少而sio2含量逐渐增多。由于以上两种材料的热膨胀系数不同，界面处二者组分含量的梯度变化，使得界面处的热膨胀系数呈梯度变化，有利于应力缓冲，提高结合的机械强度，使图形结构的第一部分21与第二部分22不易剥离，提高复合图形衬底的可靠性；另一方面，由于al2o3和sio2两者的折射率不同，所以在界面处形成了折射率逐渐变化的结构，即，缓冲层23为折射率逐渐变化的结构，有利于减少光线在界面处的反射损耗，同时能够增强界面处的光线反射效果，从而提高出光率。
[0048]
本实施例还提供了上述复合图形衬底的制作方法，如图2所示，所述复合图形衬底的制作方法具体包括如下步骤：
[0049]
步骤s1：提供一衬底，对所述衬底表面进行粗化形成第一粗化结构；
[0050]
作为示例，衬底的材料选择容易磊晶的材料，例如可以选自蓝宝石、gan、aln、mgal2o4、lialo2、ligao2、mgo、gaas、ga2o3中的一种，本实施例以蓝宝石衬底(al2o3)为例进行
说明。
[0051]
首先，对衬底表面进行研磨和抛光，以初步获得表面粗糙的衬底。在本实施例中，先在横向减薄机上，用砂轮研磨磨去一定的厚度，砂轮的大小和磨去的厚度根据实际情况而定；再用抛光机针对不同的研磨盘，采用合适的研磨液对衬底表面进行抛光，从而初步获得表面粗糙的衬底。
[0052]
接着，采用湿法刻蚀对衬底表面进一步粗化，最终得到表面粗糙度介于0.1nm～100nm的衬底，如图3所示。在本实施例中，刻蚀液选用h2so4与h3po4混合液。
[0053]
步骤s2：在所述衬底表面沉积介质层；
[0054]
如图4所示，在衬底1表面上形成介质层200。作为示例，可以采用沉积法形成该介质层200，例如，将衬底1放入等离子增强化学气相沉积(pecvd)设备中，在衬底1上方沉积一层形核抑制材料，形成介质层200，介质层200的材料可以是sio2、si
x
n
y
等材料，在本实施例中选用sio2。
[0055]
步骤s3：刻蚀所述介质层及部分衬底形成若干周期性排布的图形结构，其中刻蚀所述部分衬底形成图形结构的第一部分，刻蚀所述形核抑制层形成图形结构的第二部分；
[0056]
如图5所示，在介质层200上旋涂一层光刻胶，对光刻胶进行曝光、显影等工艺形成图形化的光刻胶掩模层，然后通过光刻、icp刻蚀等方法依次刻蚀介质层200和部分衬底1，获得具有周期性排布的若干个柱状结构20。
[0057]
接着，采用干法刻蚀工艺对柱状结构20进行修饰，获得图1所示的若干个图形结构2，刻蚀气体可以选自bcl3、cl2、ar中的一种或几种。在本实施例中，图形结构2为圆锥形结构，可以理解的是，图形结构2也可以是多面体锥形结构、圆台形结构或多面体台型结构。在本实施例中，图形结构2包括第一部分21以及形成在第一部分上方的第二部分22，其中，图形结构第一部分21由衬底材料(al2o3)形成，图形结构第二部分22由介质层材料(sio2)形成。
[0058]
本实施例提供的复合图形衬底中的图形结构包括由部分衬底形成的第一部分，以及由图形介质层形成的第二部分，且第一部分在与第二部分的接触面处形成有第一粗化结构，第一粗化结构使第一部分与第二部分的接触面附近形成缓冲层，缓冲层自下而上衬底材料(al2o3)的组分含量逐渐减少，而介质层(sio2)的组分含量逐渐增多，由于以上两种材料的热膨胀系数不同，界面处二者组分含量的梯度变化，使得界面处的热膨胀系数呈梯度变化，有利于应力缓冲，提高结合的机械强度，使图形结构的第一部分与第二部分不易剥离，提高复合图形衬底的可靠性。另一方面，由于al2o3和sio2两者的折射率不同，所以在界面处形成了折射率逐渐变化的结构，即，缓冲层为折射率逐渐变化的结构，有利于减少光线在界面处的反射损耗，同时能够增强界面处的光线反射效果，从而提高出光率。
[0059]
实施例二
[0060]
本实施例同样提供一种复合图形衬底，所述复合图形衬底包括衬底以及周期性排布在衬底上方的若干图形结构。
[0061]
本实施例与实施例一的相同之处，在此不再赘述，不同之处在于，如图6所示，本实施例提供的复合图形衬底除了图形结构的第一部分21和第二部分22的界面具有第一粗化结构210外，图形结构的第二部分22的表面还具有第二粗化结构220，作为示例，第二粗化结构220的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。在本实施例中，第二粗化结构220由若干连续
排布的峰谷组成，其形貌可以与第一粗化结构210的形貌相同，也可以与第一粗化结构210的形貌不同。
[0062]
本实施例提供的复合图形衬底在衬底与图形介质层的接触面形成第一粗化结构，在图形介质层的表面形成第二粗化结构，因此，本实施例提供的复合图形衬底除了具有实施例一提供的复合图形衬底所具有的有益效果之外，图形介质层表面的第二粗化结构还能够进一步提高其出光率。
[0063]
本实施例还提供了上述复合图形衬底的制作方法，与实施例一提供的复合图形衬底的制作方法相比，本实施例提供的复合图形衬底的制作方法在实施例一的步骤s3之后还包括：
[0064]
步骤s4：对所述图形结构第二部分进行粗化处理，在所述第二部分的表面形成第二粗化结构；
[0065]
作为示例，采用干法刻蚀工艺粗化图形结构第二部分22的表面形成第二粗化结构220，且第二粗化结构220的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。在本实施例中，刻蚀气体选用含氟气体，例如可以采用sf6或cf4气体作为刻蚀气体。
[0066]
本实施例还提供了上述复合图形衬底的另一种制作方法，所述制作方法包括：
[0067]
步骤s1：提供一衬底，对所述衬底表面进行粗化形成第一粗化结构；
[0068]
步骤s2：在所述衬底表面沉积介质层；
[0069]
步骤s3’：刻蚀所述介质层形成图形结构的第二部分；
[0070]
步骤s4’：刻蚀所述部分衬底形成图形结构的第一部分；
[0071]
作为示例，步骤s1、步骤s2与实施例一相同，具体请参照实施例一所述，在此不再赘述。
[0072]
在步骤s3’中，首先获得具有周期性排布的若干个柱状结构20，参照图5所示。
[0073]
接着，采用干法刻蚀工艺对柱状结构20进行修饰形成图形结构的第二部分22，且第二部分的表面还形成有第二粗化结构220，如图6所示，第二粗化结构的表面粗糙度范围介于0.1nm～100nm。在本实施例中，刻蚀气体可以选用含氟气体，或含氟气体与bcl3、cl2、ar中的一种或几种气体混合形成的混合气体，使得在修饰形成图形结构的第二部分22的同时在其表面形成第二粗化结构220，作为示例，含氟气体可以为sf6、cf4等气体。
[0074]
在步骤s4’中，采用干法刻蚀工艺对部分衬底1进行修饰形成图形结构的第一部分21，如图6所示。作为示例，刻蚀气体可以选自bcl3、cl2、ar中的一种或几种。
[0075]
本实施例提供的复合图形衬底在衬底与图形介质层的接触面形成第一粗化结构，在图形介质层的表面形成第二粗化结构，因此，本实施例提供的复合图形衬底除了具有实施例一提供的复合图形衬底所具有的有益效果之外，图形介质层表面的第二粗化结构还能够进一步提高其出光率。
[0076]
综上所述，本发明提出的复合图形衬底包括衬底以及周期性排布在衬底上方的若干图形结构，所述图形结构包括由部分衬底形成的第一部分，以及由图形介质层形成的第二部分，且第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构，从而在界面处形成由下至上衬底的组分含量逐渐减少，而图形介质层的组分含量逐渐增加的缓冲层，一方面能够缓解界面处的应力，使膜层不易剥离，提高复合图形衬底的可靠性。
[0077]
另一方面，界面处的折射率也是随着衬底和图形介质层组分含量的变化而逐渐变
化的，有利于减少光线在界面处的反射损耗，从而提高出光率。除了图形结构的第一部分在与第二部分的界面处形成有第一粗化结构外，还可以同时在图形介质层的表面形成第二粗化结构，从而可以进一步地提高出光率。
[0078]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。