專利名稱：藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法。
背景技術(shù)：
氮化物多元系材料的光譜從0.7ev到6.2ev，可以用于帶間發(fā)光，顏色覆蓋從紅外到紫外波長，不僅在光電子應(yīng)用方面，如藍(lán)光、綠光、紫外光發(fā)光二極管(LEDs)、短波長激光二極管(LDs)，紫外探測器、布拉格反射波導(dǎo)等方面獲得了重要的應(yīng)用和發(fā)展，而且在微電子應(yīng)用方面也得到了廣泛的關(guān)注，可以制作高溫、高頻和大功率器件，如高電子遷移率晶體管(HEMTs)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBTs)等。其中，氮化鎵(GaN)材料作為第三代半導(dǎo)體材料，具有直接帶隙、寬禁帶，高飽和電子漂移速度、高擊穿電場和高熱導(dǎo)率，優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性等性能成為最重要的氮化物材料。尤其是近些年來發(fā)光二極管(LEDs)照明迅猛發(fā)展，氮化物系的LEDs大量應(yīng)用于顯示器、照明、指示燈、廣告牌、交通燈等，在農(nóng)業(yè)中作為加速光合成光源，在醫(yī)療中作為診斷和治療的工具。隨著氮化物異質(zhì)外延技術(shù)的進步，人們已經(jīng)可以在藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底甚至玻璃襯底上實現(xiàn)氮化物材料外延，但是無論從技術(shù)積累或者性能價格比上來說，藍(lán)寶石襯底都是目前氮化物外延最主要的技術(shù)途徑之一。藍(lán)寶石襯底經(jīng)歷了從平面襯底到圖形化襯底的發(fā)展，同時也有襯底尺寸逐漸變大的發(fā)展歷程。藍(lán)寶石襯底包括其圖形襯底將在未來繼續(xù)為氮化鎵外延提供堅強的支撐，是制備氮化鎵外延材料尤其是發(fā)光二極管材料和器件的重要技術(shù)途徑之一。藍(lán)寶石圖形襯底也即藍(lán)寶石襯底的圖形化，對于提高LED出光效率具有工藝簡單，而且效果穩(wěn)定的特點，從各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到，LED出光效率至少提高30%以上。較好的試驗結(jié)果表明LED裸芯片可以提聞100%以上,封裝后也有50%的提聞。使用圖形襯底是當(dāng)前MOCVD外延氮化物的必然選擇。目前，藍(lán)寶石圖形襯底的制備通常采用干法等離子體刻蝕或者濕法腐蝕液腐蝕的方式，這些方式的使用都或多或少的面臨這樣或者那樣的不足之處，如濕法腐蝕技術(shù)設(shè)備成本低，工藝制程相對簡單，但制備出的圖形結(jié)構(gòu)不可控，均勻性、穩(wěn)定性差，同時工藝過程中產(chǎn)生大量化學(xué)廢液，容易對環(huán)境造成污染。干法刻蝕技術(shù)制備出的圖形形貌可控，均勻性、穩(wěn)定性好，但是容易產(chǎn)生物理損傷同時表面的反射率較濕法的差，對于進一步提高LED出光效率不利。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的提供了一種藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法。該制備方法其包括如下步驟:步驟1:在藍(lán)寶石襯底表面形成掩膜層；步驟2:將掩膜層圖 形化，形成掩膜圖形；
步驟3:利用干法刻蝕具有掩膜圖形的藍(lán)寶石襯底，并形成與所述掩膜圖形對應(yīng)的原始凸起；步驟4:利用濕法修飾所述原始凸起的表面，使其表面粗化形成最終的凸起圖形。本發(fā)明提出的上述制備方法利用干法刻蝕技術(shù)制備出圖形形貌可控，均勻性、穩(wěn)定性好的圖形襯底中間產(chǎn)品，后續(xù)使用濕法腐蝕去除物理損傷改善表面反射率，進一步提高LED出光效率。本發(fā)明為現(xiàn)階段以藍(lán)寶石圖形襯底為基礎(chǔ)的氮化物發(fā)光器件制備技術(shù)提供了一種有效提高出光效率同時成本并無顯著增加的技術(shù)途徑。


圖1為本發(fā)明中藍(lán)寶石圖形襯底的制備工藝流程
圖2為本發(fā)明中干法刻蝕藍(lán)寶石圖形襯底和濕法修飾藍(lán)寶石圖形襯底示意圖；圖3是本發(fā)明中干法刻蝕制備的藍(lán)寶石圖形襯底的SEM圖；圖4是本發(fā)明中濕法修飾藍(lán)寶石圖形襯底的SEM圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。圖1示出了本發(fā)明提出的藍(lán)寶石圖形襯底的制備工藝流程圖。如圖1所示，所述藍(lán)寶石圖形襯底的制備工藝具體包括:步驟1:采用光刻膠、Ni或SiO2等，在藍(lán)寶石襯底表面形成掩膜層。步驟2:將掩膜層圖案化，形成具有適當(dāng)周期和排列的掩膜圖形，所述掩膜圖形根據(jù)要在藍(lán)寶石襯底上制作的圖形對應(yīng)的原始凸起的要求來設(shè)計。步驟3:利用干法刻蝕所述圖形化后的藍(lán)寶石襯底表面，通過所述掩膜圖形的阻擋作用，利用可以刻蝕藍(lán)寶石的化學(xué)氣體如氯基氣體以及物理轟擊如電壓加速等，在藍(lán)寶石表面上形成與所述掩膜圖形對應(yīng)的原始凸起；其中，所述干法刻蝕可以為利用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)系統(tǒng)或者RIE (reactive ion etching,反應(yīng)離子刻蝕)方式。圖2示出了干法刻蝕藍(lán)寶石圖形襯底和濕法修飾藍(lán)寶石圖形襯底示意圖。圖2左圖示出了干法刻蝕藍(lán)寶石圖形襯底后形成的原始凸起11。所述原始凸起的形狀可以為半球形、圓錐形、尖錐形、多面體錐形或蒙古包形。圖3還示出了通過干法刻蝕后制備出原始凸起的藍(lán)寶石圖形襯底SEM照片，從圖3中可以看出，利用干法刻蝕可以制備出具有明顯周期性的原始凸起排列結(jié)構(gòu)。步驟4:利用化學(xué)溶液高溫濕法腐蝕所述原始凸起表面，使其表面腐蝕形成最終的凸起圖形，圖2右圖示出了濕法修飾藍(lán)寶石圖形襯底后形成的最終凸起12。其中，可以通過控制溶液成分、腐蝕溫度、腐蝕時間等參數(shù)而在藍(lán)寶石襯底上形成最佳形貌的最終凸起。圖4還示出了通過適當(dāng)?shù)娜芤簼穹ǜg所述原始凸起表面后所獲得的排列有最終凸起的藍(lán)寶石圖形襯底SEM照片。步驟5、采用常規(guī)的藍(lán)寶石圖形襯底清洗工藝和包裝工藝將制備好的最終的藍(lán)寶石圖形襯底裝盒，作為開盒即用的藍(lán)寶石圖形襯底提供外延廠家。其中，所述原始凸起的周期為0.l-50um，優(yōu)選為3um ;底面寬度為0.05_45um，優(yōu)選為2um ;高度為0.l_5um,優(yōu)選為1.5um。所述原始凸起的形狀為半球形、圓錐形、尖錐形、多面體錐形或蒙古包形。上述方法中，掩膜可以為光刻膠、金屬掩膜或者介質(zhì)掩膜等，比如Ni或SiO2等，通過工藝控制進行周期和形貌的控制，尤其是光刻膠可以通過不同的烘烤、曝光、光刻等進行形貌的控制以實現(xiàn)需要的形貌，進而進一步獲得需要的干法圖形襯底形貌。ICP采用氦氣循環(huán)制冷，通過機械卡盤或者靜電卡盤固定襯底，利用氯基氣體如BCl3或者氟基氣體CHF3等進行藍(lán)寶石的刻蝕，通過控制光刻膠、金屬掩膜或者介質(zhì)掩膜等的形貌控制干法圖形襯底的形貌。所述濕法腐蝕采用硫酸和磷酸的混合溶液。所述混合溶液中硫酸和磷酸的比例為3 5: 1，優(yōu)選為3: I。所述濕法腐蝕的溫度范圍為室溫至500°C，優(yōu)選為200°C，腐蝕時間從幾秒到數(shù)十分鐘，在此腐蝕液、腐蝕溫度和腐蝕時間下，可以將已有干法刻蝕藍(lán)寶石圖形襯底的原始凸起進一步修飾出藍(lán)寶石特有的晶面，增加表面光潔度和外延后LED的光提取。另外，在濕法腐蝕之前需要去除干法蝕刻剩余的掩膜層。本發(fā)明提供的上述藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，主要應(yīng)用于制備氮化物發(fā)光二極管的制備，可以有效提高發(fā)光二極管的出光效率，降低LED產(chǎn)品的能量浪費。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其包括如下步驟: 步驟1:在藍(lán)寶石襯底表面形成掩膜層； 步驟2:將掩膜層圖形化，形成掩膜圖形； 步驟3:利用干法刻蝕具有掩膜圖形的藍(lán)寶石襯底，并形成與所述掩膜圖形對應(yīng)的原始凸起； 步驟4:利用濕法修飾所述原始凸起的表面，使其表面粗化形成最終的凸起圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述原始凸起的周期為0.l-50um ;底面寬度為0.05-45um ;高度為0.l_5um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述原始凸起的形狀為半球形、圓錐形、尖錐形、多面體錐形或蒙古包形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述干法蝕刻用ICP或RIE方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述濕法修飾為溶液腐蝕修飾法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述溶液腐蝕修飾法采用硫酸和磷酸的混合溶液進行腐蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述混合溶液中硫酸和磷酸的比例為3 5: I。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，所述濕法修飾的溫度范圍為室溫至500度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，在濕法修飾之前去除干法刻蝕后剩余的掩膜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其特征在于，步驟4中通過控制溶液成分、腐蝕溫度和腐蝕時間，形成所需的最終凸起圖形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍(lán)寶石圖形襯底的制備方法，其包括如下步驟步驟1在藍(lán)寶石襯底表面形成掩膜層；步驟2將掩膜層圖形化，形成掩膜圖形；步驟3利用干法刻蝕具有掩膜圖形的藍(lán)寶石襯底，并形成與所述掩膜圖形對應(yīng)的原始凸起；步驟4利用濕法修飾所述原始凸起的表面，使其表面粗化形成最終的凸起圖形。該制備方法利用干法刻蝕技術(shù)制備出圖形形貌可控，均勻性、穩(wěn)定性好的圖形襯底中間產(chǎn)品，后續(xù)使用濕法腐蝕去除物理損傷改善表面反射率，進一步提高LED出光效率。
文檔編號H01L33/00GK103219437SQ201310141878
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者段瑞飛, 季安, 伊?xí)匝? 王莉, 樊中朝, 郭金霞, 潘嶺峰, 黃亞軍, 趙冀, 李鎮(zhèn) 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所