[發明專利]一種藍寶石納米孔狀圖形襯底的制備方法

無效

• 申請號: 201210174234.9
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102683518A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 王家鑫;吳奎;曾一平
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于半導體微納加工技術領域，特別是指藍寶石納米孔狀圖形襯底的形成。

背景技術

白光LED具有節能、環保、冷光源、顯色指數高、響應速度快、體積小和工作壽命長等突出優點。而且，半導體固體照明光源作為新一代照明革命的綠色固體光源顯示出巨大的應用潛力。

目前藍寶石襯底是氮化物進行異質外延生長最常用的襯底之一。由于藍寶石襯底和氮化物外延層之間存在很大晶格常數失配和熱膨脹系數差異，因此氮化物外延層中存在很大的殘余應力和諸多晶體缺陷，影響了晶體質量，限制了器件光電性能的進一步提高。

采用圖形化藍寶石襯底技術可以緩解異質外延生長中藍寶石襯底和氮化物外延層由于晶格失配引起的應力，使之得到有效的弛豫，大大降低氮化物材料中的位錯密度，提高器件的內量子發光效率，同時大大增加光的逃逸出射幾率。

發明內容

本發明目的是提供一種藍寶石納米孔狀圖形襯底的制備方法，其可提高GaN外延層的晶體質量，降低GaN基LED材料中的位錯密度，提高外延材料的晶體質量和均勻性。

本發明提供一種藍寶石納米孔狀圖形襯底的制備方法，包括以下步驟：

1)在藍寶石襯底上淀積一層二氧化硅膜；

2)在二氧化硅膜上，排布一單層緊密排列的自組裝球；

3)加熱，使自組裝球與二氧化硅膜結合牢固；

4)采用ICP方法，刻蝕聚苯乙烯球，經過刻蝕后，聚苯乙烯球間距變大，球半徑減?。?/p>

5)再加熱，使自組裝球在二氧化硅膜上有稍微塌陷；

6)在自組裝球表面、間隙及二氧化硅膜的表面蒸鍍金屬；

7)采用甲苯超聲方法，去除自組裝球表面的金屬；

8)高溫處理，使自組裝球氣化，使保留的金屬形成網孔狀金屬掩膜；

9)以網孔狀金屬為掩膜，用F基等離子體ICP的方法，刻蝕二氧化硅膜；

10)以網孔狀金屬為掩膜，用Cl基等離子體刻蝕方法，刻蝕藍寶石襯底，或者用硫酸和磷酸的混合液濕法刻蝕得到納米孔狀藍寶石圖形襯底；

11)用王水或強酸溶液去除金屬掩膜，用氫氟酸溶液去除二氧化硅膜，得到藍寶石納米孔狀圖形襯底。

附圖說明

為使審查員能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中：

圖1是本發明在藍寶石襯底上沉積二氧化硅膜示意圖；

圖2是本發明自組裝球的俯視圖；

圖3是本發明的自組裝球覆蓋在二氧化硅膜上的截面圖；

圖4是本發明采用ICP刻蝕自組裝球后的截面圖；

圖5是本發明采用ICP刻蝕自組裝球后的俯視圖；

圖6是在自組裝球間隙及二氧化硅膜表面蒸金屬后甲苯超聲清洗掉自組裝球上的金屬后的截面圖；

圖7是本發明高溫去除自組裝球后的截面圖；

圖8是本發明納米孔狀陣列結構轉移到藍寶石襯底上的截面圖；

圖9是本發明去除金屬和二氧化硅膜，形成納藍寶石米孔狀圖形襯底的截面圖。

具體實施方式

如圖1至圖9所示，一種藍寶石納米孔狀圖形襯底的制備方法，包括以下步驟：在藍寶石襯底10上采用PECVD的方法沉積二氧化硅膜11，厚度約為400nm。在二氧化硅膜11表面排列一單層緊密排列的聚苯乙烯的自組裝球20(圖2)，此處也可以二氧化硅或者PDMS等其他無機球或有機高分子球。

置于80℃空氣氣氛中加熱10min，使聚苯乙烯的自組裝球20與二氧化硅膜11結合牢固。ICP刻蝕聚苯乙烯的自組裝球20，刻蝕氣體為氧氣，起輝功率為300W，刻蝕功率為10W，刻蝕時間1-2min。

經過ICP刻蝕后，聚苯乙烯的自組裝球20間距變大，球半徑減小，如圖4。PS球在二氧化硅膜11有塌陷。在聚苯乙烯的自組裝球20表面、間隙及二氧化硅膜11表面蒸金屬Al或Cr等，或者是其它金屬掩膜，厚度約為150-200nm。

甲苯超聲5min去除聚苯乙烯的自組裝球20表面的金屬，二氧化硅膜11上的金屬結合較緊，不會被剝離，如圖6。

然后采用500-600℃高溫處理30min，使聚苯乙烯的自組裝球20氣化，在二氧化硅膜11上形成網孔狀金屬掩膜60(圖7)。先以氟基等離子體ICP刻蝕二氧化硅膜11。

再以氯基等離子體刻蝕直至將藍寶石層10刻蝕掉500-600nm，如圖8。用王水或其他強酸溶液去除金屬掩膜60，用氫氟酸溶液去除二氧化硅膜11，得到納米孔狀藍寶石圖形襯底100(圖9)。