CN111682092B - 一种图形化蓝宝石衬底的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，AlN薄膜属于III‑V族化合物绝缘材料，具有很多优越的物理化学性质，如高硬度、很好的III导热性、低热膨胀系数、优良的化学稳定性。AlN和GaN的晶格常数比较接近，在蓝宝石上生长AlN层，可以减少蓝宝石和GaN之间因较大的晶格失配二导致的应变。本发明既保留了蓝宝石表明的光学面，也可解决由于PSS尺寸做大引起的外延雾化及位错问题，另一方面更有利于外延GaN的生长，缩短外延生长时间。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种图形化蓝宝石衬底的制备方法。
背景技术
近年来，GaN基材料在发光器件和大功率器件上的应用引起了人们广泛关注，蓝宝石作为异质外延GaN的衬底材料，具有良好的物理性质和化学性质，其生产技术成熟，机械强度高，易于处理，是目前异质外延GaN应用最广泛的材料之一。但是，由于GaN材料与蓝宝石衬底之间存在着严重的晶格失配和热膨胀系数失配，导致外延材料内部产生大量的线位错密度，极大地影响了GaN基LED器件的内量子效率。
圆锥形图形化蓝宝石衬底上外延生长的GaN材料具有较小的残余应力和更高的晶体质量，GaN外延材料在生长过程中，未被刻蚀的蓝宝石衬底处和图形上表面沉积，位错从衬底表面向上传播，由于圆锥形图形化蓝宝石衬底具有更大倾斜角和更小的平面面积，所以在在GaN外延生长过程中更容易产生侧向合并，斜面上位错在传播过程中更容易发生弯曲，从而减少GaN外延材料中的位错密度。更小的平面面积也意味着有更大的图形占空比，占空比也称填充因子，指单位面积内有效微结构所占的比例，占空比与底边形状和相邻微结构的间距有关。有研究表明，图形占空比与LED光提取效率呈抛物线性关系，在一定范围内，光提取效率随着图形占空比的增加而增加，到达一个上限值后就开始呈下降趋势。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：使用常规流程制作出大尺寸PSS，图形尺寸为底宽0.45-9.9um，高度0.3-10um；
S2：在大尺寸PSS上旋涂一层光刻胶，胶厚为0.5-2.0μm，此时光刻胶将PSS上的图形全部覆盖；
S3：使用O2对涂布光刻胶的PSS进行干法刻蚀，直至光刻胶胶厚剩下0.3-1.5um，且图形侧壁上半部分并无光刻胶残留；
S4：使用磁控溅射设备在涂有光刻胶的PSS上生长一层AlN薄膜，使薄膜覆盖整个PSS图形及光刻胶；
S5：将覆盖了AlN薄膜和光刻胶的衬底片，放入NMP或者丙酮中浸泡10-100min，将AlN下面的光刻胶溶解掉，QDR 600-1800s；
S6：最终剩下带有AlN薄膜的PSS。
优选的，所述AlN薄膜均匀分布在PSS图形侧壁上半部分及相邻图形之间，再通过有机溶液溶解去除光刻胶的过程，使图形下半部分及衬底C面与AlN薄膜之间形成一个类似桥梁式的架空层，使得覆盖了AlN薄膜后的图形尺寸改变，图形高度变矮，相邻图形间距变宽。
优选的，所述S4中，薄膜厚度约为5nm-1um。
本发明的有益效果是：结合AlN材料优异的特性，以及大尺寸PSS存在的问题，将二者结合，考虑在大尺寸PSS上制作一层特殊的AlN薄膜。通过光刻胶的阻挡，将AlN薄膜均匀分布在PSS图形侧壁上半部分及相邻图形间距中，再通过有机溶液溶解去除光刻胶的过程，使图形下半部分及衬底C面与AlN薄膜之间形成一个类似桥梁式的架空层，使得覆盖了AlN薄膜后的图形尺寸改变，图形高度变矮，相邻图形间距变宽。这样一方面既保留了蓝宝石表明的光学面，也可解决由于PSS尺寸做大引起的外延雾化及位错问题，另一方面更有利于外延GaN的生长，缩短外延生长时间。其中，AlN薄膜的厚度在5nm-1μm之间。
附图说明
图1为PSS上旋涂一层光刻胶的示意图。
图2为O2对涂布光刻胶的PSS进行干法刻蚀的示意图。
图3为PSS上生长一层AlN薄膜的示意图。
图4为放入NMP或者丙酮中浸泡后示意图。
图5为衬底SEM示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-5，一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：使用常规流程制作出大尺寸PSS，图形尺寸为底宽0.45-9.9um，高度0.3-10um；
S2：在大尺寸PSS上旋涂一层光刻胶，胶厚为0.5-2.0μm（图1），此时光刻胶将PSS上的图形全部覆盖；
S3：使用O2对涂布光刻胶的PSS进行干法刻蚀，直至光刻胶胶厚剩下0.3-1.5um（图2），且图形侧壁上半部分并无光刻胶残留；
S4：使用磁控溅射设备在涂有光刻胶的PSS上生长一层AlN薄膜，使薄膜覆盖整个PSS图形及光刻胶；
S5：将覆盖了AlN薄膜和光刻胶的衬底片，放入NMP或者丙酮中浸泡10-100min（图4），将AlN下面的光刻胶溶解掉，QDR 600-1800s；
S6：最终剩下带有AlN薄膜的PSS（该衬底SEM图见图5）。
本实施例中，S4中，薄膜厚度约为5nm-1um（图3）。
本实施例中，结合AlN材料优异的特性，以及大尺寸PSS存在的问题，将二者结合，考虑在大尺寸PSS上制作一层特殊的AlN薄膜。通过光刻胶的阻挡，将AlN薄膜均匀分布在PSS图形侧壁上半部分及相邻图形之间，再通过有机溶液溶解去除光刻胶的过程，使图形下半部分及衬底C面与AlN薄膜之间形成一个类似桥梁式的架空层，使得覆盖了AlN薄膜后的图形尺寸改变，图形高度变矮，相邻图形间距变宽。这样一方面既保留了蓝宝石表明的光学面，也可解决由于PSS尺寸做大引起的外延雾化及位错问题，另一方面更有利于外延GaN的生长，缩短外延生长时间。其中，AlN薄膜的厚度在5nm-1μm之间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，
具体包括以下步骤：
S1：使用常规流程制作出大尺寸PSS，图形尺寸为底宽0.45-9.9um，高度0.3-10um；
S2：在大尺寸PSS上旋涂一层光刻胶，胶厚为0.5-2.0μm，此时光刻胶将PSS上的图形全部覆盖；
S3：使用O2对涂布光刻胶的PSS进行干法刻蚀，直至光刻胶胶厚剩下0.3-1.5um，且图形侧壁上半部分并无光刻胶残留；
S4：使用磁控溅射设备在涂有光刻胶的PSS上生长一层AlN薄膜，使薄膜覆盖整个PSS图形及光刻胶；
S5：将覆盖了AlN薄膜和光刻胶的衬底片，放入NMP或者丙酮中浸泡10-100min，将AlN下面的光刻胶溶解掉，QDR 600-1800s；
S6：最终剩下带有AlN薄膜的PSS。
2.根据权利要求1所述的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述AlN薄膜均匀分布在PSS图形侧壁上半部分及相邻图形之间，再通过有机溶液溶解去除光刻胶的过程，使图形下半部分及衬底C面与AlN薄膜之间形成一个类似桥梁式的架空层，使得覆盖了AlN薄膜后的图形尺寸改变，图形高度变矮，相邻图形间距变宽。
3.根据权利要求1所述的一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，所述S4中，薄膜厚度为5nm-1um。
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