CN101958251A - 一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法，包括：提供铝酸锂晶片；用飞秒激光沿平行的方向多次扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个平行的沟槽，得到铝酸锂晶片图形衬底。与现有技术相比，本发明采用飞秒激光在铝酸锂晶片上刻蚀图形衬底，通过改变飞秒激光的聚焦功率，可以调整沟槽的深宽比，与湿法或干法刻蚀相比，操作简单，更易获得较大深宽比的图形衬底。
Description
技术领域
本发明涉及衬底晶片加工，具体涉及一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法。
背景技术
近年来，铝酸锂晶片因其对GaN的晶格失配和热失配都比较小而引起了研究人员的很大兴趣。
更重要的是，在铝酸锂衬底上可以获得非极性GaN膜进而制备非极性LED，其优点在于：第一、P型掺杂浓度及空穴激活浓度在非极性GaN中获得了大幅提高；2)非极性GaN基LED理论上可以获得更高的内量子效率；第三，非极性GaN基LED可以实现偏振光输出。另外，非极性GaN基多层膜结构可以作为很好的紫外光调制器。这些优点使得铝酸锂晶体在GaN基光电子器件方面具有非常好的市场前景。
为了在铝酸锂衬底上获得高质量的非极性GaN膜，通常在铝酸锂衬底上刻蚀出图形衬底，然后通过所述图形衬底结合侧向外延技术生长GaN膜。在现有技术中，在晶体上刻蚀图形衬底的方法有湿法化学刻蚀和干法刻蚀。由于铝酸锂晶体存在一定的弱水解且可与酸反应，因此采用传统的湿化学刻蚀制备铝酸锂图形衬底比较困难。而且，由于湿化学蚀刻是各向同性的，因此难以在铝酸锂晶体上获得较大深宽比的图形衬底。而采用干法蚀刻制备图形衬底时，工艺相对比较复杂，且成本较高，难以推广应用。
近年来，在微加工领域，飞秒脉冲激光的应用引起了人们的广泛关注。由于脉冲宽度极短，使得飞秒激光具有非常高的功率密度，可以在各类材料上制备各种尺度的一维、二维、三维周期性结构，如周期光栅等。
因此，本发明人考虑，可以采用飞秒脉冲激光在铝酸锂晶片上蚀刻图形衬底。然后，在所述图形衬底上可以进一步外延生长GaN膜。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，提供一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法，以解决现有技术中采用湿化学方法刻蚀难以获得高质量铝酸锂图形衬底的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法，包括：
提供铝酸锂晶片；
用飞秒激光平行扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个平行的沟槽，得到铝酸锂晶片图形衬底。
优选的，所述飞秒激光的聚焦功率为2J/cm2～10J/cm2。
优选的，所述沟槽的宽度为30nm～20μm，沟槽的深度为30nm～20μm，相邻沟槽的间距为30nm～20μm。
优选的，所述铝酸锂晶片表面的均方根粗糙度不大于5埃。
优选的，所述铝酸锂晶片的晶面为(100)晶面。
优选的，所述沟槽方向平行于所述铝酸锂晶面的[100]方向。
优选的，所述铝酸锂晶片的晶面为(302)晶面。
优选的，所述沟槽方向平行于所述铝酸锂晶面的[203]方向。
本发明还提供一种在铝酸锂晶体衬底上制备GaN外延膜的方法，包括：
按照上述技术方案在(100)晶面的铝酸锂晶片上制备图形衬底；
在所述图形衬底上生长(10-10)面的GaN外延膜。
本发明还提供又一种在铝酸锂晶体衬底上制备GaN外延膜的方法，包括：
按照上述技术方案在(302)晶面的铝酸锂晶片上制备图形衬底；
在所述图形衬底上生长(11-20)面的GaN外延膜。
本发明提供一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底方法。按照本发明，用飞秒激光在铝酸锂晶片上刻蚀多个平行的沟槽，得到铝酸锂晶片图形衬底。与现有技术相比，本发明采用飞秒激光在铝酸锂晶片上刻蚀图形衬底，通过改变飞秒激光的聚焦功率，可以调整沟槽的深宽比，与湿法或干法刻蚀相比，操作简单，更易获得较大深宽比的图形衬底。
附图说明
图1为本发明提供的在铝酸锂晶片上制备的图形衬底的示意图。
具体实施方式
本发明的一个在铝酸锂晶片上制备图形衬底的实施方案，包括：
提供铝酸锂晶片；
用飞秒激光扫描沿平行的方向多次扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个大致平行的沟槽，得到铝酸锂晶片图形衬底。
按照本发明，所述飞秒激光是指脉冲持续时间在10-15数量级的超短脉冲激光。用飞秒激光沿平行的方向多次扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个平行的沟槽后，得到铝酸锂晶片上的图形衬底。所述铝酸锂晶片的表面应当光滑，均方根粗糙度优选小于20埃，更优选小于10埃，更优选小于5埃。
用飞秒激光扫描所述铝酸锂晶片的表面时，所述飞秒激光的聚焦功率优选为1J/cm2～20J/cm2，更优选为2J/cm2～10J/cm2，更优选为3J/cm2～8J/cm2。对于扫描速度，优选为5～100微米/秒，更优选为10～90微米/秒，更优选为20～50微米/秒，更优选为30～40微米/秒。
对于形成的沟槽的深度，优选为20nm～30μm，更优选为20nm～3μm，更优选为20nm～100nm，更优选为20nm～50nm。对于形成的沟槽的宽度，优选为20nm～30μm，更优选为20nm～3μm，更优选为20nm～100nm，更优选为20nm～50nm。对于相邻沟槽之间的距，，优选为20nm～30μm，更优选为20nm～3μm，更优选为20nm～100nm，更优选为20nm～50nm。
所述铝酸锂晶片优选为(100)晶面或(302)晶面的铝酸锂晶片。当所述铝酸锂晶片为(100)晶面时，所述沟槽的方向平行于铝酸锂晶片的[001]方向。当所述铝酸锂晶片为(302)晶面时，所述沟槽的方向平行于铝酸锂晶片的[203]方向。
如图1所示，为本发明提供的铝酸锂晶片图形衬底示意图，在铝酸锂晶片11的表面上，有多个大致平行的沟槽12。沟槽12的方向为[203]方向或[001]方向。
本发明提供的一个在铝酸锂图形衬底上生长GaN外延膜的方法的实施方案，包括：
提供铝酸锂晶片；
用飞秒激光扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个大致平行的沟槽，得到铝酸锂晶片的图形衬底，所述铝酸锂晶片的晶面为(100)晶面；
在所述图形衬底上生长(10-10)面的GaN外延膜。
本发明提供的又一个在铝酸锂图形衬底上生长GaN外延膜的方法的实施方案，包括：
提供铝酸锂晶片；
用飞秒激光扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个大致平行的沟槽，得到铝酸锂晶片的图形衬底，所述铝酸锂晶片的晶面为(302)晶面；
在所述图形衬底上生长(11-20)面的GaN外延膜。
按照本发明，在铝酸锂晶片的图形衬底上生长GaN外延膜时，可以按照本领域技术人员熟知的金属化学气相沉积方法(MOCVD)进行生长。
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法和在所述图形衬底上制备GaN外延膜的方法进行描述。
实施例1
准备(302)晶面的铝酸锂晶片，该铝酸锂晶片的表面均方根粗糙度为3埃，将铝酸锂晶片固定在样品台上。
样品台以5微米/秒的速度沿[203]方向移动，用飞秒激光以3J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为30nm、宽度为30nm的第一沟槽。
然后将样品台垂直于[203]方向移动，移动距离为30nm。然后再将样品台5微米/秒的速度沿[203]方向移动，用飞秒激光以3J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为30nm、宽度为30nm的第二沟槽。
重复上述蚀刻过程，形成多个间距为30nm的平行沟槽得到铝酸锂晶片图形衬底。
在所述铝酸锂图形衬底上用金属化学气相沉积的方法生长得到(11-20)面的GaN外延膜。
实施例2
准备(100)晶面的铝酸锂晶片，该铝酸锂晶片的表面均方根粗糙度为5埃，将铝酸锂晶片固定在样品台上。
样品台以100微米/秒的速度沿[001]方向移动，用飞秒激光以8J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为20μm、宽度为20μm的第一沟槽。
然后将样品台垂直于[001]方向移动，移动距离为20μm。然后再将样品台100微米/秒的速度沿[001]方向移动，用飞秒激光以8J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为20μm、宽度为20μm的第二沟槽。
重复上述蚀刻过程，形成多个间距为20μm的平行沟槽得到铝酸锂晶片图形衬底。
在所述铝酸锂图形衬底上用金属化学气相沉积的方法生长得到(10-10)面的GaN外延膜。
实施例3
准备(302)晶面的铝酸锂晶片，该铝酸锂晶片的表面均方根粗糙度为4埃，将铝酸锂晶片固定在样品台上。
样品台以50微米/秒的速度沿[203]方向移动，用飞秒激光以5J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为1μm、宽度为1μm的第一沟槽。
然后将样品台垂直于[203]方向移动，移动距离为1μm。然后再将样品台50微米/秒的速度沿[203]方向移动，用飞秒激光以5J/cm2的功率作用在所述铝酸锂晶片的晶面上，形成深度为1μm、宽度为1μm的第二沟槽。
重复上述蚀刻过程，形成多个间距为1μm的平行沟槽得到铝酸锂晶片图形衬底。
在所述铝酸锂图形衬底上用金属化学气相沉积的方法生长得到(11-20)面的GaN外延膜。
以上对本发明提供的在铝酸锂晶片上制备图形衬底以及在所述图形衬底上生长GaN膜的方法进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种在铝酸锂晶片上制备图形衬底的方法，包括：
提供铝酸锂晶片；
用飞秒激光沿平行的方向多次扫描所述铝酸锂晶片的表面，形成多个平行的沟槽，得到铝酸锂晶片图形衬底。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞秒激光的聚焦功率为2J/cm2～10J/cm2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沟槽的宽度为30nm～20μm、深度为30nm～20μm，相邻沟槽的间距为30nm～20μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝酸锂晶体表面的均方根粗糙度不大于5埃。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述铝酸锂晶片的晶面为(100)晶面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述沟槽方向平行于所述铝酸锂晶面的[001]方向。
7.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述铝酸锂晶片的晶面为(302)晶面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述沟槽方向平行于所述铝酸锂晶面的[203]方向。
9.一种在铝酸锂晶体衬底上制备GaN外延膜的方法，其特征在于，包括：
按照权利要求5或6所述的方法在铝酸锂晶片体上制备图形衬底；
在所述图形衬底上生长(10-10)面的GaN外延膜。
10.一种在铝酸锂晶片衬底上制备GaN外延膜的方法，其特征在于，包括：
按照权利要求7或8所述的方法在铝酸锂晶片上制备图形衬底；
在所述图形衬底上生长(11-20)面的GaN外延膜。
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