[发明专利]蓝宝石基板的蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件所用的蓝宝石基板的蚀刻方法。

背景技术

半导体发光二极管(LED，Light Emitting Diode)具有在基板上p型半导体层及n型半导体层上形成有电极的构造。若因自p型半导体层注入的空穴与自n型半导体层注入的电子的再耦合而在活性层的某发光区域中产生光，则该光自形成有电极的面、或未成长半导体层的基板面射出。

关于此种构造的发光二极管，已提出在基板的表面形成多个凸部(凹部)，使发光区域中产生的光散射、绕射，藉此提高外部量子效率的方法。半导体LED之一的GaN(氮化镓)系LED多使用具有优异特性的蓝宝石基板作为GaN系半导体的结晶成长用基板，藉由将光刻胶(photoresist)作为掩模材料对蓝宝石基板进行干式蚀刻，而在基板表面形成多个凸部。

再者，等离子体蚀刻装置通常较理想为能以10分钟左右对1μm的厚度进行蚀刻。为获得此种蚀刻速率，必须利用高输出的高频电力进行蚀刻，但若使用高输出的高频电力，则光刻胶产生灼烧、或碳化。因此，一直以来在内置有冷却机构的载置台上载置蓝宝石基板，藉由夹具等机械夹头(chuck)或静电夹头使蓝宝石基板紧贴在载置台，藉此将上述蓝宝石基板冷却(专利文献1)。

[专利文献1]日本特开2007-109770号公报

发明内容

然而，若使用机械夹头或静电夹头，则对载置台的基板的设置或处理后的基板卸下较为费事。另外，即便在设有机械夹头或静电夹头的情形下，当基板的设置不充分时亦有基板与载置台的紧贴度下降，在干式蚀刻处理恐有发生光刻胶的灼烧或碳化的可能。

另外，为了进一步提高外部量子效率，在蓝宝石层的表面形成锥形状(圆锥台状、圆锥状)的凸部，并且使邻接的凸部的底边的间隔变窄。若凸部的底边的间隔较大，则平面部占蓝宝石层的表面的比例变多，自发光层(GaN层)入射至蓝宝石层的光中，以小在临界角的角度入射至平面部的光的比例变多。因此，光的射出面侧(GaN层侧)的外部量子效率变低。另一方面，若使凸部的底边的间隔变窄，则凸部的倾斜面占蓝宝石层的表面的比例变多，以小在临界角的角度入射至蓝宝石层的光的比例变小。因此，光的射出面侧的外部量子效率变高。

因此，较理想的是凸部的底边的间隔越窄、即平面部越小越好，但在利用等离子体蚀刻在蓝宝石表面形成此种构造的情形时，先前的光掩模形成方法难以制作可充分减小平面部的形状的光掩模。

发明内容

本发明想要解决的课题在于提供一种蓝宝石基板的蚀刻方法，其可形成外部量子效率优异的半导体发光元件，且可极力抑制光刻胶灼烧或碳化的发生。

为了解决上述课题研制而成的本发明是一种蓝宝石基板的蚀刻方法，其在半导体发光元件所使用的蓝宝石基板上形成光刻胶图案，照射波长为400nm以下的紫外线后，将上述光刻胶图案作为掩模进行干式蚀刻，其具备以下步骤：预烘烤(pre-bake)步骤，在涂布光刻胶后、照射紫外线之前，以较照射上述紫外线时更高的温度对上述蓝宝石基板进行加热；后烘烤(post-bake)步骤，在照射紫外线后，以较预烘烤步骤更高的温度对上述蓝宝石基板进行加热；及蚀刻步骤，在上述后烘烤步骤后，将上述光刻胶图案作为掩模进行干式蚀刻，藉此在上述蓝宝石基板上形成多个侧壁相对于该蓝宝石基板表面的角度为90°以下的凸部。

另外，本发明的蓝宝石基板的蚀刻方法，在上述蚀刻步骤中，形成多个侧壁相对于上述蓝宝石基板表面的角度未达90°的圆锥台状或圆锥状的凸部。

进而，本发明的蓝宝石基板的蚀刻方法中，紫外线照射时的温度为室温～100℃，预烘烤步骤的加热温度为120～130℃。

此外，本发明的蓝宝石基板的蚀刻方法中，后烘烤步骤的加热温度高于干式蚀刻时的蓝宝石基板的温度。

根据本发明的蚀刻方法，即便不利用机械夹头或静电夹头将蓝宝石基板设置在载置台上，亦可维持光刻胶形状，并且不发生后烘烤时或蚀刻处理时的灼烧、碳化，而且可获得优异的蚀刻速率。

附图说明

图1是概略性地表示蓝宝石基板表面具有圆锥台状凸部的半导体发光元件的剖面构成的图。

图2是表示本发明的一实施方式的蚀刻方法所用的等离子体蚀刻装置的概略构成图。

图3是概略性地表示本实施方式的蚀刻方法的步骤图。

图4表示藉由实施例5的蚀刻方法的各步骤获得的蓝宝石基板的SEM图像，(a)是初期(预烘烤后)、(b)是后烘烤后、(c)是蚀刻后的SEM图像。