專利名稱：納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米級圖案化藍寶石襯底的制備方法，特別涉及一種適用于發(fā)光二極管(LED)外延的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法。
背景技術：
氮化鎵(GaN)基的發(fā)光二極管(LED)作為一種新型高效的固體能源，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明工具。藍寶石襯底由于具有耐高溫、機械強度高等優(yōu)點成為目前外延GaN使用最廣泛的材料。然而，藍寶石襯底和GaN材料之間存在的巨大晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配問題導致GaN材料內部產(chǎn)生大量缺陷，降低內量子效 率。另一方面，由于GaN折射率高于藍寶石以及外部封裝樹脂，造成部分光全反射，降低外量子效率。與普通的藍寶石襯底相比，經(jīng)生長或刻蝕的方式制作出的具有規(guī)則納米級圖案的藍寶石襯底可以減少外延生長GaN的位錯密度，改善晶體質量，提升LED內量子效率，同時圖案化的藍寶石襯底破壞了全反射角，增加了光提取效率。傳統(tǒng)的圖案化藍寶石襯底技術，制備掩膜層時需要借助黃光光刻工藝和類似等離子體化學氣相沉積(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition)等半導體工藝設備,存在成本高且產(chǎn)率低等問題；如果要形成納米級周期性結構，所采用的次微米掩膜昂貴，500nm以下的圖形制作成本更高。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種在不借助任何半導體工藝設備的條件下納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，該制備方法在提高外延材料晶體質量、提升LED光提取效率的同時，降低工藝成本、提高生產(chǎn)效率，有利于實現(xiàn)規(guī)模化和大面積制作。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，包括下述步驟(I)在藍寶石襯底上沉積單層納米微球膠體晶體薄膜，然后90_105°C下進行熱處理，熱處理時間為l_25min ；(2)在組成單層納米微球膠體晶體薄膜納米球間隙填充入正硅酸乙酯的溶膠，干燥后在藍寶石襯底與組成單層納米微球膠體晶體薄膜的納米微球間隙形成填充層；(3)移除單層納米微球膠體晶體薄膜；(4)利用該填充層作為掩模濕法腐蝕該藍寶石襯底，將納米球的排列圖案轉移到藍寶石襯底上；(5)移除腐蝕掩模，得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述在藍寶石襯底上沉積納米微球單層膠體晶體薄膜的具體方法包括(a)將膠體納米微球乳液與等體積的乙醇混合，混勻，得到混合液；(b)將玻璃片進行親水處理后，置于干燥的容器底部中心，加水使水面恰好到達所述玻璃的上表面且未沒過上表面，將所述混合液的液滴滴在親水性處理后的所述玻璃片上，待所述液滴中的膠體微球完全擴散至水氣界面；(C)在所述容器中加入表面活性劑水溶液，得到漂浮在水面上的單層膠體晶體薄膜；(d)將藍寶石襯底緩慢插入并移到漂浮的單層下方，慢慢提起，單層膠體晶體即可作為整體轉移到藍寶石襯底上。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述的熱處理過程在90-105°C下進行，時間為l-25min。
本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述組成膠體晶體薄膜的納米微球材質為聚苯乙烯、聚甲基丙酸甲酯或聚丙烯酸甲酯，組成膠體晶體薄膜的納米微球粒徑范圍為100nm-2800nm，粒徑的標準偏差小于3%。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述二氧化硅前驅體溶膠-凝膠的配制方法包括正硅酸乙酯，乙醇和稀鹽酸按照體積比(1-5) 10 I混合后，15-35°C下攪拌12-24h，其中所述乙醇濃度為95-99. 7%，優(yōu)選為99. 7%，，所述稀鹽酸濃度為0. lmol/L。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其中填充正硅酸乙酯的溶膠過程包括將所述藍寶石襯底浸入到正硅酸乙酯的溶膠中，取出后在其上表面立即覆蓋一個面積大于所述藍寶石襯底的玻璃板，并在所述玻璃板上方加上I. 5-5kg的重物。納米微球的間隙填充入正硅酸乙酯的溶膠干燥后在藍寶石襯底的部分表面形成填充層。 本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述移除膠體晶體薄膜的方法有450-550°C下熱處理30-60min或者30_50°C甲苯溶液中超聲30_60min。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述濕法腐蝕藍寶石襯底的過程包括將干燥后帶有腐蝕掩模的藍寶石襯底放入腐蝕液中，在220-400°C腐蝕2-20min，取出襯底，用去離子水沖洗干凈，得到具有周期性排列的納米級倒角錐結構的襯底，周期為100-2800nm。所述腐蝕液為濃硫酸與濃磷酸以體積比為10 1-1 10配制而成，其中濃硫酸質量濃度為為95-98%，優(yōu)選為98%，濃磷酸質量濃度為83-85%，優(yōu)選為85%。本發(fā)明的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法中，所述移除該腐蝕掩模的過程包括將濕法腐蝕后的襯底放入氫氟酸溶液中，直至二氧化硅掩模層被完全腐蝕，取出襯底，再用去離子水沖洗干凈，即可得到帶有納米級圖案化的藍寶石襯底，所述的氫氟酸溶液質量濃度為5^-35 ^上述方法制備的藍寶石襯底可進行氮化物的外延生長以及后續(xù)的LED器件制備工藝。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，從制備周期性模板、填充腐蝕掩模層、濕法腐蝕藍寶石襯底到除去腐蝕掩模層，將納米球的周期性排列圖案轉移到藍寶石襯底上，得到具有周期性結構的納米級圖案化藍寶石襯底，整個過程不借助任何半導體工藝(如等離子體化學氣相沉積、光刻、等離子體刻蝕等)設備，在普通化學實驗室即可全部完成。這種具有納米級圖案化的藍寶石襯底能夠有效地降低芯片中的位錯密度，提高外延材料晶體質量，并且增加了光從藍寶石襯底出射的幾率，從而提升LED的光提取效率。


圖I為本發(fā)明提供的沉積于藍寶石襯底表面的單層膠體晶體薄膜熱處理后的示意圖，圖I中I是藍寶石襯底，2是納米微球。圖2為本發(fā)明提供的填充入正硅酸乙酯溶膠干燥后形成的二氧化硅填充層的示意圖，圖2中，I是藍寶石襯底，2是納米微球，3是二氧化硅填充層。圖3為本發(fā)明提供的移除膠體晶體薄膜后，藍寶石襯底表面的二氧化硅掩膜層的示意圖。圖3中I是藍寶石襯 底，3是二氧化硅填充層。圖4為本發(fā)明提供的帶有二氧化硅掩膜的藍寶石襯底濕法腐蝕后的示意圖。圖4中，I是藍寶石襯底，3是二氧化硅填充層。圖5為本發(fā)明提供的除去二氧化硅掩膜后，得到帶有周期性結構的納米級圖案化藍寶石襯底的示意圖。圖5中，I是藍寶石襯底。圖6為本發(fā)明一個實施例中，沉積于藍寶石襯底表面的單層膠體晶體薄膜的SEM圖。圖7為本發(fā)明一個實施例中，在藍寶石襯底表面形成的二氧化硅掩膜的SEM圖。圖8為本發(fā)明一個實施例中，形成納米級圖案化藍寶石襯底的SEM圖。
具體實施例方式為了進一步說明本發(fā)明的內容，下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做一詳細描述實施例I、納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法及其效果驗證一、全濕化學制備方法制備納米級圖案化藍寶石襯底納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法的具體步驟如下所述I、膠體微球混合液的制備在氮氣保護下，以250ml去離子水為分散介質，將25ml苯乙烯單體、0. 125g過硫酸鉀引發(fā)劑加入裝有機械攪拌器和回流冷凝管的500ml三口燒瓶中，在60°C的水浴中采用常規(guī)的無皂乳液聚合法合成聚苯乙烯膠體，機械攪拌速度為350r/min,反應24h后，得到粒徑為650nm，粒徑標準偏差為3%的聚苯乙烯膠體微球的乳白色乳液。將聚苯乙烯膠體微球與等體積的乙醇混合，超聲2min，使其均勻分散，得到混合液。2、帶有單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底的制備及其熱處理將玻璃片進行親水處理，具體步驟為用濃硫酸(質量濃度為98%)和雙氧水(質量濃度為98%)按照體積比為
3 I配制而成濃硫酸和雙氧水的混合液，將一玻璃片置于該混合溶液中，超聲處理5min，然后用去離子水清洗干凈得到親水處理的玻璃片。將該親水處理的玻璃片置于潔凈的表面皿中心，在表面皿中緩慢加入去離子水直至水面到達玻璃片的上表面且未沒過上表面，將20 UL步驟I)制備的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的膠體微球完全擴散至水氣界面，在水中加入I滴質量濃度為I %的十二烷基硫酸鈉溶液，得到漂浮在水面上的單層聚苯乙烯膠體納米微球晶體薄膜，將藍寶石襯底(購自云南藍晶科技股份有限公司)緩慢插入水中并移到漂浮的單層膠體晶體薄膜下方，緩慢提起藍寶石襯底，大面積單層膠體晶體薄膜即可作為一個整體轉移到藍寶石襯底上，干燥后，得到帶有單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底，在100°C烘箱中熱處理lOmin，得到帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底(熱處理后的單層膠體晶體薄膜的示意圖如圖I所示，其SEM圖如圖6所示)。
3、帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底的制備正硅酸乙酯、乙醇溶液(體積分數(shù)為99. 7% )和稀鹽酸(濃度為0. lmol/L)按照體積比為4 : 10 : I混合后，室溫(25°C )下攪拌24h得到正硅酸乙酯的溶膠，裝入瓶中以備后續(xù)使用。將帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底浸入到上述正硅酸乙酯的溶膠中，30s后取出，并在其上表面立即覆蓋一個面積大于藍寶石襯底的玻璃板，并在玻璃板上方加上3kg的重物，保證多余的正硅酸乙酯的溶膠從玻璃板與藍寶石襯底之間的縫隙流出，靜置12h，干燥后形成二氧化硅填充層(二氧化硅填充層示意圖如圖2所示)。將帶有單層膠體晶體薄膜和二氧化硅填充層的藍寶石襯底放入管式爐中，500°C下在空氣中高溫處理30min，除去單層膠體晶體薄膜得到帶有二氧化娃填充層的藍寶石襯底(示意圖如圖3所示,其SEM圖如圖7所示)。4、帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底的濕法腐蝕將帶有二氧化硅掩膜的藍寶石襯底放入盛有濃硫酸(質量分數(shù)為98%)與濃磷酸(質量分數(shù)為85%)按照體積比為3 I配制而成混合液的燒杯中，在260°C的條件下腐蝕lOmin，取出藍寶石襯底后，立即用去離子水沖洗干凈，得到腐蝕后的帶有二氧化硅掩膜層的藍寶石襯底(示意圖如圖4所示)。
5、二氧化硅填充層的去除將步驟4獲得的帶有二氧化硅掩膜層的藍寶石襯底再放入氫氟酸溶液(質量濃度為10% )中，直至二氧化硅填充層被完全腐蝕，取出襯底，再用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干后即可得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底(示意圖如圖4所示，其SEM圖如圖8所述)，該帶有納米級圖案的藍寶石襯底具有周期性排列的納米級倒角錐結構。上述納米級圖案化藍寶石襯底可用于氮化物的外延生長以及后續(xù)的LED器件制
備工藝。實施例2、納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法及其效果驗證一、全濕化學制備方法制備納米級圖案化藍寶石襯底納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法的具體步驟如下所述I、膠體微球混合液的制備在氮氣保護下，以250ml去離子水為分散介質，將20ml丙烯酸甲酯單體、0. 125g過硫酸鉀引發(fā)劑加入裝有機械攪拌器和回流冷凝管的500ml三口燒瓶中，在60°C的水浴中采用常規(guī)的無皂乳液聚合法合成丙烯酸甲酯膠體，機械攪拌速度為350r/min,反應24h后,得到粒徑為480nm,粒徑標準偏差為3%的聚丙烯酸甲酯膠體微球的乳白色乳液。將聚丙烯酸甲酯膠體微球與等體積的乙醇混合，超聲2min，使其均勻分散，得到混合液。2、帶有單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底的制備及其熱處理將玻璃片進行親水處理，具體步驟為用濃硫酸(質量百分濃度為98% )和雙氧水(質量百分濃度為98% )按照體積比為3 I配制而成濃硫酸和雙氧水的混合液，將一玻璃片置于該混合溶液中，超聲處理5min，然后用去離子水清洗干凈得到親水處理的玻璃片。將該親水處理的玻璃片置于潔凈的表面皿中心，在表面皿中緩慢加入去離子水直至水面到達玻璃片的上表面且未沒過上表面，將20 ii L步驟I)制備的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的膠體微球完全擴散至水氣界面，在水中加入I滴質量百分濃度為I %的十二烷基硫酸鈉溶液，得到漂浮在水面上的單層聚丙烯酸甲酯膠體納米微球晶體薄膜，將藍寶石襯底(購自云南藍晶科技股份有限公司)緩慢插入水中并移到漂浮的單層膠體晶體薄膜下方，緩慢提起藍寶石襯底，大面積單層膠體晶體薄膜即可作為一個整體轉移到藍寶石襯底上，干燥后，得到帶有單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底，在90°C烘箱中熱處理25min，得到帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底(熱處理后的單層膠體晶體薄膜的示意圖如圖I所示)。3、帶有二氧化硅掩膜的藍寶石襯底的制備正硅酸乙酯、乙醇溶液(體積百分比濃度為99.7% )和稀鹽酸(濃度為0. lmol/L)按照體積比為I : 10 I混合后，15°C下攪拌24h得到正硅酸乙酯的溶膠，裝入瓶中以備后續(xù)使用。將帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底浸入到上述正硅酸乙酯的溶膠中，30s后取出，并存其上表面立即覆蓋一個面積大于藍寶石襯底的玻璃板，并在玻璃板上方加上5kg的重物,保證多余的正娃酸乙酯的溶膠從玻璃板與藍寶石襯底之間的縫隙流出，靜置12h，干燥后形成二氧化硅填充層(二氧化硅填充層示意圖如圖2所示)。將帶有單層膠體晶體薄膜和二氧化硅填充層的藍寶石襯底放入管式爐中，450°C下在空氣中高溫處理60min,除去單層膠體晶體薄膜得到帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底(示意圖如圖3所示)。4、帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底的濕法腐蝕將帶有二氧化硅掩膜的藍寶石襯底放入盛有濃硫酸(質量分數(shù)為98% )與濃磷酸(質量分數(shù)為85% )按照體積比為 I 10配制而成混合液的燒杯中，在400°C的條件下腐蝕2min，取出藍寶石襯底后，立即用去離子水沖洗干凈，得到腐蝕后的帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底(示意圖如圖4所示)。5、二氧化硅掩膜的去除將步驟4獲得的帶有二氧化硅掩膜層的藍寶石襯底再放入氫氟酸溶液(質量百分濃度為5%)中，直至二氧化硅屏蔽層被完全腐蝕，取出襯底，再用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干后即可得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底(示意圖如圖5所示)，該帶有納米級圖案的藍寶石襯底具有周期性排列的納米級倒角錐結構。上述納米級圖案化藍寶石襯底可用于氮化物的外延生長以及后續(xù)的LED器件制備工藝。實施例3、納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法及其效果驗證一、全濕化學制備方法制備納米級圖案化藍寶石襯底納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法的具體步驟如下所述I、膠體微球混合液的制備在氮氣保護下，以250ml去離子水為分散介質，將25ml甲基丙烯酸甲酯單體、0. 125g過氧化苯甲酰引發(fā)劑加入裝有機械攪拌器和回流冷凝管的500ml三口燒瓶中，在60°C的水浴中采用常規(guī)的無皂乳液聚合法合成甲基丙烯酸甲酯膠體，機械攪拌速度為350r/min，反應24h后，得到粒徑為520nm，粒徑標準偏差為3%的聚甲基丙烯酸甲酯膠體微球的乳白色乳液。將聚甲基丙烯酸甲酯膠體微球與等體積的乙醇混合，超聲2min，使其均勻分散，得到混合液。2、帶有單層納米微球膠體晶體薄膜的藍寶石襯底的制備及其熱處理將玻璃片進行親水處理，具體步驟為用濃硫酸(質量百分濃度為98% )和雙氧水(質量百分濃度為98%)按照體積比為3 I配制而成濃硫酸和雙氧水的混合液，將一玻璃片置于該混合溶液中，超聲處理5min，然后用去離子水清洗干凈得到親水處理的玻璃片。將該親水處理的玻璃片置于潔凈的表面皿中心，在表面皿中緩慢加入去離子水直至水面到達玻璃片的上表面且未沒過上表面，將20 y L步驟I)制備的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的膠體微球完全擴散至水氣界面，在水中加入I滴質量百分濃度為I %的十二烷基硫酸鈉溶液，得到漂浮在水面上的單層聚甲基丙烯酸甲酯膠體納米微球晶體薄膜，將藍寶石襯底(購自云南藍晶科技股份有限公司)緩慢插入水中并移到漂浮的單層膠體晶體薄膜下方，緩慢提起藍寶石襯底，大面積單層膠體晶體薄膜即可作為一個整體轉移到藍寶石襯底上，干燥后，得到帶有單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底，在90°C烘箱中熱處理25min，得到帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底(熱處理后的單層膠體晶體薄膜的示意圖如圖I所示)。3、帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底的制備正硅酸乙酯、乙醇溶液(體積白分比濃度為99. 7% )和稀鹽酸(濃度為0. lmol/L)按照體積比為5 : 10 : I混合后，35°C下攪拌24h得到正硅酸乙酯的溶膠，裝入瓶中以備后續(xù)使用。將帶有熱處理后的單層膠體晶體薄膜的藍寶石襯底浸入到上述正硅酸乙酯的溶膠中，30s后取出，并在其上表面立即覆蓋一個面積大于藍寶石襯底的玻璃板，并在玻璃板上方加上I. 5kg的重物，保證多余的正硅酸乙酯的溶膠從玻璃板與藍寶石襯底之間的縫隙流出，靜置12h，干燥后形成二氧化硅填充 層(二氧化硅填充層示意圖如圖2所示)。將帶有單層膠體晶體薄膜和二氧化硅填充層的藍寶石襯底在40°C甲苯溶液中超聲處理30min，除去單層膠體晶體薄膜得到帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底(示意圖如圖3所示)。4、帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底的濕法腐蝕將帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底放入盛有濃硫酸(質量分數(shù)為98% )與濃磷酸(質量分數(shù)為85% )按照體積比為10 I配制而成混合液的燒杯中，在220°C的條件下腐蝕20min，取出藍寶石襯底后，立即用去離子水沖洗干凈，得到腐蝕后的帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底(示意圖如圖4所示)。5、二氧化硅填充層的去除將步驟4獲得的帶有二氧化硅填充層的藍寶石襯底再放入氫氟酸溶液(質量百分濃度為35%)中，直至二氧化硅填充層被完全腐蝕，取出襯底，再用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干后即可得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底(示意圖如圖5所示)，該帶有納米級圖案的藍寶石襯底具有周期性排列的納米級倒角錐結構。上述納米級圖案化藍寶石襯底可用于氮化物的外延生長以及后續(xù)的LED器件制備工藝。
權利要求
1.一種納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，包括下述步驟 (1)在藍寶石襯底上沉積單層納米微球膠體晶體薄膜，然后90-105°C下進行熱處理，熱處理時間為l_25min ； (2)在單層納米微球膠體晶體薄膜納米球的間隙填充入正硅酸乙酯的溶膠，干燥后在藍寶石襯底與組成單層納米微球膠體晶體薄膜的納米微球間隙形成填充層； (3)移除單層納米微球膠體晶體薄膜； (4)利用填充層作為掩模濕法腐蝕該藍寶石襯底，將納米球的排列圖案轉移到藍寶石襯底上； (5)移除腐蝕掩模，得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底。
2.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，所述濕法腐蝕藍寶石襯底的過程包括將步驟(3)得到的藍寶石襯底放入腐蝕液中，在220-400°C腐蝕2-20min ;所述腐蝕液為濃硫酸與濃磷酸以體積比為10 1-1 10配制而成，其中濃硫酸質量濃度為95-98%，優(yōu)選為98%，濃磷酸質量濃度為83-85%，優(yōu)選為85%。
3.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于所述組成膠體晶體薄膜的納米微球材質為聚苯乙烯、聚甲基丙酸甲酯或者聚丙烯酸甲酯。
4.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，所述組成膠體晶體薄膜的納米微球粒徑范圍為100nm-2800nm。
5.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于所述正硅酸乙酯的溶膠的配制方法包括正硅酸乙酯，乙醇溶液和稀鹽酸按照體積比(1-5) 10 I混合后，15-35°C下攪拌12-24h，其中所述乙醇溶液的體積分數(shù)為95-99. 7%，優(yōu)選為99. 7%，所述稀鹽酸濃度為0. lmol/L。
6.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，所述在藍寶石襯底上沉積單層膠體晶體薄膜的具體方法包括下述步驟 (a)將膠體納米微球乳液與乙醇混合，混勻，得到混合液； (b)將玻璃片進行親水處理后，置于干燥的容器底部中心，加水使水面恰好到達所述玻璃的上表面且未沒過上表面，將所述混合液的液滴滴在親水性處理后的所述玻璃片上，待所述液滴中的膠體微球完全擴散至水氣界面； (c)在所述容器中加入表面活性劑水溶液，得到漂浮在水面上的單層納米微球膠體晶體薄膜； (d)將藍寶石襯底緩慢插入并移到漂浮的單層納米微球膠體晶體薄膜下方，慢慢提起，單層納米微球膠體晶體薄膜即可作為整體轉移到藍寶石襯底上。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于所述步驟(a)中，所述膠體納米微球乳液與乙醇等體積混合。
8.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，所述移除單層納米微球膠體晶體薄膜的方法是將步驟2)獲得的形成填充層的藍寶石襯底在450-550°C下熱處理30-60min或者在30_50°C甲苯溶液中超聲30_60min。
9.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，填充正硅酸乙酯的溶膠過程包括將所述藍寶石襯底浸入到正硅酸乙酯的溶膠中，取出后在其上表面立即覆蓋一個面積大于所述藍寶石襯底的玻璃板，并在所述玻璃板上方加上I.5-5kg的重物。納米微球的間隙填充入正硅酸乙酯的溶膠干燥后在藍寶石襯底的部分表面形成填充層。
10.根據(jù)權利要求I所述的納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，其特征在于，所述移除腐蝕掩模的過程包括將步驟(4)的濕法腐蝕過的藍寶石襯底放入氫氟酸溶液中，直至二氧化硅掩模被完全腐蝕，取出襯底，再用去離子水沖洗干凈，即可得到納米級圖案化的藍寶石襯底，所述的氫氟酸溶液質量濃度為5^-35 ^
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米級圖案化藍寶石襯底的全濕化學制備方法，該方法包括在藍寶石襯底上沉積單層膠體晶體薄膜；熱處理后，在納米微球的間隙填充入正硅酸乙酯的溶膠，干燥后在藍寶石襯底的部分表面形成填充層；移除膠體晶體薄膜；利用該填充層作為一腐蝕掩模并濕法腐蝕該藍寶石襯底，將納米球排布所具有的周期性圖案轉移到襯底上；移除該腐蝕掩模，得到帶有納米級圖案的藍寶石襯底。本發(fā)明的優(yōu)點在于，整個過程不借助任何半導體工藝設備，在普通化學實驗室即可全部完成。這種具有納米級圖案化的藍寶石襯底能夠有效地降低芯片中的位錯密度，提高外延材料晶體質量，并且增加了光從藍寶石襯底出射的幾率，從而提升LED的光提取效率。
文檔編號H01L33/00GK102646764SQ20121012402
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者嚴清峰, 沈德忠, 耿翀 申請人:清華大學