在GaN基LED與第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,藍(lán)寶石與GaN的晶格失配、熱膨脹差異,會(huì)讓傳統(tǒng)平片襯底長出高位錯(cuò)的外延層,同時(shí)芯片內(nèi)部因折射率差產(chǎn)生嚴(yán)重全反射,光出不來、量子效率上不去。
PSS加工工藝通過在藍(lán)寶石表面制備微米級周期結(jié)構(gòu)(圓臺(tái)、六角錐、火山口等,周期約3–4μm、高1–1.5μm),同步實(shí)現(xiàn)“改善外延質(zhì)量+提升出光效率”,是中小功率LED與照明芯片的主流襯底方案。
PSS的核心工藝是“掩膜—圖形轉(zhuǎn)移—刻蝕”的標(biāo)準(zhǔn)微納流程:先以PECVD沉積SiO?或旋涂光刻膠作硬/軟掩膜,經(jīng)紫外光刻定義周期圖形;再二選一完成藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)化——干法ICP-RIE各向異性好、錐角可控,適配倒裝與MiniLED;濕法高溫磷酸/硫酸無等離子體損傷、成本低,是4/6英寸量產(chǎn)的主流。去掩膜后得到的微錐界面,引導(dǎo)GaN側(cè)向外延(ELOG),將穿透位錯(cuò)彎折、合并,位錯(cuò)密度顯著下降;同時(shí)粗糙界面把全反射光打散成可出射角度,外量子效率較平片提升約30%,是“平價(jià)高亮”的關(guān)鍵。

在LED通用照明與背光中,PSS是2835、3030等正裝芯片的標(biāo)配,支撐燈泡、燈管與電視背光的性價(jià)比;功率LED與車燈用深刻蝕PSS降低大電流下的效率droop;GaN-on-Sapphire射頻與功率器件也借PSS緩應(yīng)力、降漏電流。濕法PSS因無刻蝕損傷,更適合對外延表面敏感的UV-LED;干法PSS則用于MicroLED巨量轉(zhuǎn)移的圖形化緩沖。
現(xiàn)代PSS產(chǎn)線已走向全自動(dòng):黃光區(qū)套刻精度、刻蝕均勻性、翹曲控制決定整片波長一致性,6英寸以上大尺寸與方形定制也漸成熟。對LED廠而言,PSS不是“錦上添花”,而是平衡成本與光效的工業(yè)基準(zhǔn)——它把藍(lán)寶石從“被動(dòng)承載”變成“主動(dòng)優(yōu)化外延與光路”的功能界面,撐起固態(tài)照明的大眾化普及。