[發明專利]對稱六角星形圖形化藍寶石的制備方法

在審

• 申請號: 201510990151.0
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105420816A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 申健;張丹;甘陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C30B33/10
• 分類號: C30B33/10;C30B29/20;H01L33/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種藍寶石的制備方法。

背景技術

LED(Light-EmittingDiode)即發光二極管，是一種半導體固體發光器件。LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有耗電量少、壽命長、可控性強等特點，且在生產和使用過程中不涉及汞等有害物質，可以大幅度減少廢舊燈具對環境造成的污染。采用低壓直流供電，沒有紅外、紫外輻射危害，是真正的綠色、健康的照明光源，目前其產品的照明光效已經超過了普通的白熾燈、熒光燈等傳統光源。

藍寶石單晶擁有許多獨特的物理化學性能，是重要的電子、陶瓷、催化用氧化物材料，在這些應用中，藍寶石作為制備LED所需的襯底材料，在普通藍寶石生長的氮化鎵，大量位錯缺陷從底部向上傳播。生長在溝槽型藍寶石襯底(深度1μm)上的氮化鎵，氮化鎵層在藍寶石襯底頂部進行側向生長，在圖形側壁上兩個生長前沿邊界合并時形成了一些空洞。氮化鎵在PSS上的異質結構的側向生長區域位錯彎曲了90°，位錯沒有傳播到氮化鎵層的表面，從而增強氮化鎵基發光二極管(LED)的發光性能。

藍寶石單晶的圖形化襯底制作方法主要分為干法刻蝕和濕法刻蝕，目前濕法刻蝕成本較低，且容易在藍寶石表面制得具有傾斜面的圖形，干法刻蝕容易對藍寶石襯底表面，特別是臺面邊緣部位，造成一定的污染和損傷，其中部分位錯將延伸到上層側向外延層中，不利于外延層薄膜質量的進一步提高，也不能在藍寶石表面制備出具備多種晶面的圖形化藍寶石襯底。

發明內容

本發明的目的是為了解決干法刻蝕在藍寶石表面難以制作具備多種晶面的圖形化藍寶石襯底的問題，提供了一種對稱六角星形圖形化藍寶石的制備方法。

對稱六角星形圖形化藍寶石的制備方法是通過以下步驟實現的：

一、預處理：在室溫下，將圓錐形圖形化藍寶石片置于無水乙醇中浸泡5～12h，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍寶石片，再氮氣吹干；

二、將經步驟一處理后的圓錐形圖形化藍寶石片置于石英花籃中，將石英燒杯中混合溶液A升溫至150～200℃，其中混合溶液A為磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸與硫酸的體積比為1∶(2.8～5.2)，將載有圓錐形圖形化藍寶石片的石英花籃放入石英燒杯中，刻蝕200～350min；

三、將經步驟二處理后的圓錐形圖形化藍寶石片從石英燒杯中取出，然后用去離子水沖洗圓錐形圖形化藍寶石片，再氮氣吹干，即得對稱六角星形圖形化藍寶石。

本發明的對稱六角星形圖形化藍寶石的制備方法的每個步驟中采用的容器不能與使用的溶液發生反應。例如采用高純石英容器。

本發明的步驟二中使用的硫酸、磷酸均為市售產品。

本發明的步驟一至步驟三中使用的石英產品，均為美國GE石英材料制成。

本發明的對稱六角星形圖形化藍寶石的制備方法能有效地將圓錐形圖形化藍寶石轉化為對稱六角星形圖形化藍寶石，且生成的對稱六角星形圖形化藍寶石規則有序，重復性好。采用的設備簡單，操作方便，易于掌握，過程安全、無污染。

六角星形圖形化藍寶石襯底，這是一種首次制備出的新型圖形形狀的藍寶石襯底，在藍寶石襯底表面制備出結構統一、規則的藍寶石圖形，可以明顯的增強以此為襯底制備出的LED的性能。

藍寶石圖形襯底作用：使光線在氮化鎵外延薄膜與藍寶石襯底的界面發生散射，使本應內部全反射的大量光子，被提取出來，增強LED發光性能；藍寶石表面周期性圖形的存在，使得沉積在圖形化藍寶石表面的氮化鎵在合并過程中，發生位錯彎曲，提高氮化鎵層晶體質量，從而增強LED燈性能。

六角星形藍寶石襯底表面圖形規則有序，包含兩種以上的晶面，對LED燈內部產生的光線能很好的反射作用，改變入射光子角度，從而提高LED燈出光效率。

本發明的有益效果是：

(1)針對藍寶石單晶的結構穩定，難以刻蝕和破壞共價鍵等特點，本發明確定了濕法刻蝕所用溶劑的順序及物質配比，采用本發明的刻蝕方法能夠得到表面有序的對稱六角星形圖形化藍寶石。

(2)對圓錐形圖形化藍寶石進行預處理(步驟一)，利用藍寶石單晶在無水乙醇中浸泡處理，此步去除的主要為與表面結合較弱的污染物。去離子水沖洗，氮氣吹干，防止藍寶石片上留下水漬。

(3)步驟二和步驟三中使用的石英容器，是具有特定功能結構。

(4)步驟二中利用硫酸和磷酸的強腐蝕性，去破壞藍寶石的共價鍵，對不同晶面進行不同速率的刻蝕，從而在藍寶石表面刻蝕出對稱六角星形圖形。

(5)步驟三中采用硫酸和磷酸的混合溶液加熱處理，可以有效的增加藍寶石表面的刻蝕速率。