[发明专利]一种纳米碗状蓝宝石图形衬底的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域。

背景技术

众所周知，采用图形化蓝宝石衬底技术可以降低蓝宝石衬底和氮化物外延层由于晶格失配引起的应力，降低GaN材料中的位错密度，提高LED器件的内量子效率，同时大大增加光的逃逸出射几率，提高光提取效率。

目前常用的制备蓝宝石图形衬底的方法是：先在蓝宝石衬底表面涂覆光刻胶，光刻显影出微米量级的图形（2～5um），图形形状通常为圆形，图形之间的间距为1-3μm。以光刻胶为掩膜，采用湿法腐蚀或干法刻蚀的方法刻蚀蓝宝石表面，得到图形化蓝宝石衬底。此方法中的图形尺寸是微米量级、图形较大，而且图形是凸起状，对于材料应力的释放作用和降低材料的缺陷密度作用有限。

发明内容

本发明目的是一种可提高光的逃逸出射几率的纳米碗状蓝宝石图形衬底的制作方法。

本发明包括以下生产步骤：

1）在蒸发台上，在蓝宝石衬底表面蒸镀厚度为100～800纳米的氯化铯薄膜；

2）向蒸发台腔室中充入水汽，时间5～30分钟，使蓝宝石衬底表面的氯化铯薄膜吸收水分长大形成氯化铯纳米岛，使各纳米岛与相邻的纳米岛之间的间隙的占空比为1：1；

3）在氯化铯纳米岛的外表面采用PECVD（等离子增强型化学气相沉积）法沉积厚度为0.5～1um的二氧化硅薄膜；

4）以去离子水超声5～15分钟，去除蓝宝石表面的氯化铯纳米岛，形成二氧化硅纳米碗层，该二氧化硅纳米碗层为由相连的多个背面分别朝向蓝宝石衬底的碗形二氧化硅纳米材料组成；

5）以二氧化硅纳米碗层作为刻蚀掩膜，对蓝宝石表面进行ICP（感应耦合等离子体）刻蚀，使二氧化硅纳米碗层的各碗形二氧化硅纳米层连接到蓝宝石衬底上；

6）在BOE溶液中超声或浸泡，将蓝宝石衬底表面的二氧化硅纳米碗层去除干净，露出纳米碗状的蓝宝石图形化表面。

本发明提供的是一种图形尺寸为纳米量级、图形形状为纳米碗状的蓝宝石图形衬底，能够降低氮化物外延层中的位错密度，提高外延材料的晶体质量和发光强度。

以本发明制成的蓝宝石图形衬底上的GaN基LED材料与常规方法制成的微米图形衬底上的GaN基LED材料的XRD（X射线双晶衍射）特性对比，本发明衬底上的GaN基LED材料在（0002）方向X射线衍射测试的半高宽较小、发光强度增加，反映出材料质量较好。可见，以本发明蓝宝石图形衬底制成的LED器件能大大增加光的逃逸出射几率，提高光提取效率。

另，本发明所述步骤1）的蒸镀时间为5～40min。

所述步骤2）各纳米岛的直径分别为100～900nm，相邻的纳米岛之间的间隙为100～900nm。

所述步骤5）中，刻蚀时同时使用Cl₂、BCl₃和Ar₂作为刻蚀气体，其中Cl₂流量为30～100sccm，BCl₃流量为5～20sccm，Ar₂流量为5～25sccm；刻蚀功率为500～1000W；射频功率为100～300W；刻蚀时间为5～15 min。

所述步骤6）所述各纳米碗状的蓝宝石图形直径为100～900nm，深度为0.3～1.2μm。

所述步骤6）所述BOE溶液为由体积比为1:7的HF和NH₄F组成。

所述步骤6）中，在BOE溶液中浸泡的时间为10～90s。

附图说明

图1为本发明实施例步骤2形成的制品结构示意图。

图2为本发明实施例步骤3形成的制品结构示意图。

图3为本发明实施例步骤4形成的制品结构示意图。

图4为本发明实施例步骤6形成的制品结构示意图。

图5为本发明制成的纳米图形衬底上的GaN基LED材料与常规方法制成的微米图形衬底上的GaN基LED材料的XRD（X射线双晶衍射）特性对比图。

具体实施方式

一、纳米碗状蓝宝石图形衬底的制作工艺：

步骤1：将蓝宝石衬底1放入蒸发台，在蓝宝石衬底1上表面蒸镀氯化铯薄膜，时间5～40min，形成的氯化铯薄膜厚度为100～800纳米。

步骤2：蒸镀结束后，向蒸发台腔室中充入水汽，时间5～30分钟，使蓝宝石衬底1表面的氯化铯吸收水分逐渐长大形成氯化铯纳米岛2，各纳米岛2的直径分别为100～900nm，相邻的纳米岛2之间的间隙为100～900nm，且占空比为1：1。如图1所示。