CN102683518A

CN102683518A - 一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法

Info

Publication number: CN102683518A
Application number: CN2012101742349A
Authority: CN
Inventors: 王家鑫; 吴奎; 曾一平
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，包括：在蓝宝石衬底上淀积二氧化硅膜；在二氧化硅膜上，排布一单层紧密排列的自组装球；加热；刻蚀聚苯乙烯球，经过刻蚀后，聚苯乙烯球间距变大，球半径减小；再加热；在自组装球表面、间隙及二氧化硅膜的表面蒸镀金属；采用甲苯超声方法，去除自组装球表面的金属；高温处理，使自组装球气化，使保留的金属形成网孔状金属掩膜；以网孔状金属为掩膜，用F基等离子体ICP的方法，刻蚀二氧化硅膜；以网孔状金属为掩膜，用Cl基等离子体刻蚀方法，刻蚀蓝宝石衬底，或者用硫酸和磷酸的混合液湿法刻蚀得到纳米孔状蓝宝石图形衬底；用王水或强酸溶液去除金属掩膜，用氢氟酸溶液去除二氧化硅膜，得到蓝宝石纳米孔状图形衬底。

Description

一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法

技术领域

本发明属于半导体微纳加工技术领域，特别是指蓝宝石纳米孔状图形衬底的形成。

背景技术

白光LED具有节能、环保、冷光源、显色指数高、响应速度快、体积小和工作寿命长等突出优点。而且，半导体固体照明光源作为新一代照明革命的绿色固体光源显示出巨大的应用潜力。

目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最常用的衬底之一。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层之间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多晶体缺陷，影响了晶体质量，限制了器件光电性能的进一步提高。

采用图形化蓝宝石衬底技术可以缓解异质外延生长中蓝宝石衬底和氮化物外延层由于晶格失配引起的应力，使之得到有效的弛豫，大大降低氮化物材料中的位错密度，提高器件的内量子发光效率，同时大大增加光的逃逸出射几率。

发明内容

本发明目的是提供一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其可提高GaN外延层的晶体质量，降低GaN基LED材料中的位错密度，提高外延材料的晶体质量和均匀性。

本发明提供一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，包括以下步骤：

1)在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅膜；

2)在二氧化硅膜上，排布一单层紧密排列的自组装球；

3)加热，使自组装球与二氧化硅膜结合牢固；

4)采用ICP方法，刻蚀聚苯乙烯球，经过刻蚀后，聚苯乙烯球间距变大，球半径减小；

5)再加热，使自组装球在二氧化硅膜上有稍微塌陷；

6)在自组装球表面、间隙及二氧化硅膜的表面蒸镀金属；

7)采用甲苯超声方法，去除自组装球表面的金属；

8)高温处理，使自组装球气化，使保留的金属形成网孔状金属掩膜；

9)以网孔状金属为掩膜，用F基等离子体ICP的方法，刻蚀二氧化硅膜；

10)以网孔状金属为掩膜，用Cl基等离子体刻蚀方法，刻蚀蓝宝石衬底，或者用硫酸和磷酸的混合液湿法刻蚀得到纳米孔状蓝宝石图形衬底；

11)用王水或强酸溶液去除金属掩膜，用氢氟酸溶液去除二氧化硅膜，得到蓝宝石纳米孔状图形衬底。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1是本发明在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅膜示意图；

图2是本发明自组装球的俯视图；

图3是本发明的自组装球覆盖在二氧化硅膜上的截面图；

图4是本发明采用ICP刻蚀自组装球后的截面图；

图5是本发明采用ICP刻蚀自组装球后的俯视图；

图6是在自组装球间隙及二氧化硅膜表面蒸金属后甲苯超声清洗掉自组装球上的金属后的截面图；

图7是本发明高温去除自组装球后的截面图；

图8是本发明纳米孔状阵列结构转移到蓝宝石衬底上的截面图；

图9是本发明去除金属和二氧化硅膜，形成纳蓝宝石米孔状图形衬底的截面图。

具体实施方式

如图1至图9所示，一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，包括以下步骤：在蓝宝石衬底10上采用PECVD的方法沉积二氧化硅膜11，厚度约为400nm。在二氧化硅膜11表面排列一单层紧密排列的聚苯乙烯的自组装球20(图2)，此处也可以二氧化硅或者PDMS等其他无机球或有机高分子球。

置于80℃空气气氛中加热10min，使聚苯乙烯的自组装球20与二氧化硅膜11结合牢固。ICP刻蚀聚苯乙烯的自组装球20，刻蚀气体为氧气，起辉功率为300W，刻蚀功率为10W，刻蚀时间1-2min。

经过ICP刻蚀后，聚苯乙烯的自组装球20间距变大，球半径减小，如图4。PS球在二氧化硅膜11有塌陷。在聚苯乙烯的自组装球20表面、间隙及二氧化硅膜11表面蒸金属Al或Cr等，或者是其它金属掩膜，厚度约为150-200nm。

甲苯超声5min去除聚苯乙烯的自组装球20表面的金属，二氧化硅膜11上的金属结合较紧，不会被剥离，如图6。

然后采用500-600℃高温处理30min，使聚苯乙烯的自组装球20气化，在二氧化硅膜11上形成网孔状金属掩膜60(图7)。先以氟基等离子体ICP刻蚀二氧化硅膜11。

再以氯基等离子体刻蚀直至将蓝宝石层10刻蚀掉500-600nm，如图8。用王水或其他强酸溶液去除金属掩膜60，用氢氟酸溶液去除二氧化硅膜11，得到纳米孔状蓝宝石图形衬底100(图9)。

或者用硫酸和磷酸的混合液(体积比3∶1)在260℃下湿法刻蚀得到蓝宝石纳米孔状图形衬底，再去除金属掩膜60和二氧化硅膜11。

这种图形转移的技巧可以用于LD，太阳能电池等其他半导体器件衬底的处理和表面的处理，包括粗化、等离子体、光子晶体等工艺。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，包括以下步骤：

1)在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅膜；

2)在二氧化硅膜上，排布一单层紧密排列的自组装球；

3)加热，使自组装球与二氧化硅膜结合牢固；

5)再加热，使自组装球在二氧化硅膜上有稍微塌陷；

6)在自组装球表面、间隙及二氧化硅膜的表面蒸镀金属；

7)采用甲苯超声方法，去除自组装球表面的金属；

2.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中自组装球的材料为聚苯乙烯，直径为0.1-1um。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中采用ICP刻蚀自组装球的刻蚀气体为氧气，300W起辉功率，10W刻蚀功率，刻蚀时间1-2min。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中用甲苯超声的处理时间为1-5min。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中加热的温度为80℃。

6.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中再加热的温度为105℃，加热时间为1-5min。

7.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中高温处理的温度为500-600℃，处理时间为10-30min。

8.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中，金属的材料为Al或Cr。

9.根据权利要求1所述的蓝宝石纳米孔状图形衬底的制备方法，其中蓝宝石衬底的刻蚀深度为500-600nm。