一種正六角形圖形化襯底的製作方法

2023-11-11 06:16:42

本發明屬於襯底製備技術領域，特別涉及一種正六角形圖形化襯底。

背景技術：

通常，gan外延薄膜與底部的襯底的晶格常數失配和熱膨脹係數失配很大，導致在gan外延薄膜產生高達109～1010cm–2的線位錯密度。高的線位錯密度將影響外延薄膜的光學和電學特性，從而使器件的可靠性和內量子效率降低。另一方面，gan的折射率大於空氣的折射率(n=1)和襯底的折射率，因此光逃逸角錐的臨界角非常小，造成有源層產生的光子只有很少一部分從表面溢出，而大部分光子逐漸消失於內部全反射並轉化成熱能。

採用圖形化襯底作為gan基發光二極體外延襯底，能夠促進於橫向外延生長，使襯底圖形上方gan外延層中的線位錯彎曲90°，使線位錯不能到達薄膜表面，這樣可以大大降低gan外延薄膜的線位錯密度。同時也能增加光線的出射機率，提高led的光提取效率。

經檢索，專利cn102925969b公開了一種圖形化的sic襯底，包括在sic單晶襯底表面有通過等離子刻蝕或者溼法腐蝕的方法形成的周期化凸起或凹陷圖形，周期化凸起或凹陷圖形為多邊錐形、多邊柱形、多稜台形、梯形多邊臺形、梯形圓臺、半球形或球冠中的任一種；周期性圖形是多邊錐形、多邊柱形、多稜台形、梯形多邊臺形、梯形圓臺、半球形或球冠中任意兩種或兩種以上的組合；製作出有微觀三維結構的sic襯底，提高以4h-sic和6h-sic為襯底的gan的異質外延和3c-siccn同質外延的外延質量。該圖形化的sic襯底是為了在襯底上形成一個個小的圖形化襯底，進而形成一個個小二極體。

而對於整體圖形化襯底，理想的圖形化襯底是在保持儘量少的c-plane面積佔比的同時，c-plane寬度需滿足外延初始生長的最小尺寸要求。當圖形尺寸縮小並保持c-plane面積佔比不變的情況下，傳統的半球形圖形化襯底間隙太小，外延無法高質量生長。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種整體結構的正六角形圖形化襯底，在保持佔空比不變並且緊緻排列的情況下，具有更大的圖形間隙，確保外延材料的高質量生長。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種正六角形圖形化襯底，其創新點在於：包括一襯底，所述襯底表面有周期化凸起或凹陷圖形，所述凸起或凹陷圖形的底邊為正六角形且呈蜂窩狀緊緻排列，即排列正六角形任一邊的垂直平分線通過該正六角形與相應的相鄰正六角形的中心，且相鄰正六角形之間具有間隙，排列正六角形的任一邊與相鄰正六角形對應的邊關於該間隙軸對稱。

進一步地，所述周期化圖形的長度周期為100～8000nm，周期化圖形的底邊邊長為10～5000nm，周期化圖形的高度為0.1～10µm，相鄰正六角形之間的間隙為50～1000nm。

進一步地，所述凸起或凹陷圖形為正正六角臺形、正正六角錐形或正正六角柱形中的任一種。

進一步地，所述正六角形的頂角可以帶有弧度，所述弧度的長度為0～500nm。

進一步地，所述正六角形的邊長可以是直線、外凸的曲線或內凹的曲線中的任一種。

進一步地，所述襯底為藍寶石、碳化矽、矽或鋁酸鋰中的任一種。

本發明的優點在於：

（1）本發明正六角形圖形化襯底，其中，周期化凸起或凹陷圖形的底邊正六角形的任一邊與相鄰正六角圖形對應的邊軸對稱，在保持佔空比不變並且緊緻排列的情況下，具有更大的圖形間隙，拓寬了外延的工藝窗口，提高了產品的良率和可靠性；進而能夠有效降低在其上生長的外延薄膜位錯密度以及提高晶片的光提取效率；

（2）本發明正六角形圖形化襯底，其中，正六角形的頂角為圓角的正六角形，或邊為外凸曲線的正六角形或邊為內凹曲線中的正六角形，這樣就更能夠有效抑制圖形化襯底上外延層的位錯密度，提高晶體質量。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1為本發明中正六角臺形圖形化襯底的結構示意圖。

圖2為本發明中正六角錐形圖形化襯底的結構示意圖。

圖3為本發明中正六角柱形圖形化襯底的結構示意圖。

圖4為本發明中底邊正六角形頂角為圓弧曲線構成的結構示意圖。

圖5為本發明中底邊正六角形邊長為直線的結構示意圖。

圖6為本發明中底邊正六角形邊長為外凸曲線的結構示意圖。

圖7為本發明中底邊正六角形邊長為內凹曲線的結構示意圖。

圖8為本發明中一種正六角形柱狀凸起的結構示意圖。

圖9為本發明中一種正六角形錐狀凸起的結構示意圖。

圖10為本發明中一種正六角形臺狀凸起的結構示意圖。

圖11為本發明中一種正六角形柱狀凹坑的結構示意圖。

圖12為本發明中一種正六角形錐狀凹坑的結構示意圖。

圖13為本發明中一種正六角形臺狀凹坑的結構示意圖。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。

實施例

本實施例正六角形圖形化襯底，如圖1、2和3所示，包括一藍寶石襯底1，該襯底1表面有通過納米壓印方法形成的周期化凸起或凹陷正六角臺形2、正六角錐形3或正六角柱形4，如圖5所示，底邊正六角形的邊長為直線。

實施例中，底邊正六角形呈蜂窩狀緊緻排列，即每個排列正六角形任一邊的垂直平分線通過該正六角形與相應的相鄰正六角形的中心，且相鄰正六角形之間具有間隙，在誤差範圍內具有相同間隙，該間隙為50～1000nm；排列正六角形的任一邊與相鄰正六角形對應的邊關於該間隙軸對稱；作為實施例，更具體的實施方式為周期化圖形的周期長度為100～8000nm，周期化圖形的底邊邊長為10～5000nm，周期化圖形的高度為0.1～10µm。

實施例中，周期化凸起的正六角臺形2、正六角錐形3及正六角柱形4的結構示意圖，如圖8～10所示；周期化凹陷的正六角臺形2、正六角錐形3及正六角柱形4的結構示意圖，如圖11～13所示。

此外，為了能夠有效抑制圖形化襯底上外延層的位錯密度，提高晶體質量；如圖4所示，可以將底邊正六角形的頂角可以設為帶有弧度的圓角5，弧度的長度為0～500nm；或如圖6所示，可以將正六角形的邊長設為外凸曲線；或如圖7所示，可以將正六角形的邊長設為內凹曲線。

作為本領域技術人員，應當了解襯底不局限於藍寶石襯底1，還可選用碳化矽襯底、矽襯底或鋁酸鋰襯底中的任一種。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵以及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。