[发明专利]一种基于纳米压印技术制备图形化蓝宝石衬底的方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米压印技术制备图形化蓝宝石衬底的方法，在表面抛光的硅片基底上生长高纯度的金属铝膜；利用两次阳极氧化反应得到规则有序的多孔阳极氧化铝；以多孔阳极氧化铝当掩模对硅片基底进行干法刻蚀得到规则有序的多孔硅基底；在多孔硅基底上旋涂填充聚二甲基硅氧烷PDMS并进行固化、脱模，得到PDMS模板；利用PDMS模板通过紫外压印方法将图形转移到蓝宝石衬底上，采用刻蚀工艺得到图形化的蓝宝石衬底(PSS)。本发明的PDMS模板图形规则有序、均匀性好、易于脱模且可重复使用，配合紫外压印技术可实现6英寸及以上大尺寸PSS的制备。本发明的方法简单易行、可控性高、极大地提高PSS的生产效率，生产成本低。

技术领域

本发明属于GaN基LED图形化衬底技术领域，涉及一种基于纳米压印技术制备大于6英寸图形化蓝宝石衬底的方法，具体涉及利用规则有序的多孔阳极氧化铝当掩模制备柔性PDMS压印模板并通过纳米压印技术制备6英寸以上图像化蓝宝石衬底的方法。

背景技术

GaN基LED作为新型半导体发光器件，与传统的光源相比具有体积小、寿命长、效率高、节能环保等优点，目前已广泛应用于显示、指示灯、背光灯、固态照明、交通信号灯、短程光学通信和生物传感器等各个领域。蓝宝石由于价格便宜，被广泛应用于GaN基LED器件制作中。然而，GaN外延层与蓝宝石之间存在着较大的晶格失配，使得GaN外延层在生长过程中产生大量的螺旋位错，晶体质量较差。同时，由于GaN外延层与空气之间存在很大的折射率差，使得LED内部产生的光大部分在界面处发生全反射而无法出射，仅有很小的一部分(约5％)光可以从逃逸角射出，这两个因素极大地限制了GaN基LED的出光效率。

为了解决以上两个问题，引入了图形化蓝宝石衬底(PSS)的概念。实验和理论已经证明了PSS能够有效减少GaN外延层的位错密度，提高外延晶体质量；同时LED器件内部被全反射回来的光经过PSS的反射或散射后有很大一部分将重新进入逃逸角，从而显著提高光的提取效率(M.T.Wang,K.Y.Liao,Y.L.Li,Growth mechanism and strain variation ofGaN material grown on patterned sapphire substrates with various patterndesigns,IEEE Photon.Tech.Lett.,23:926(2011)；C.L.Xu,T.J.Yu,et al.,Analyses oflight extraction efficiency in GaN-based LEDs grown on patterned sapphiresubstrates,Phys.Status Solidi C 9:757(2012)；Y.H.You,F.C.Chu,et al.,Enhancedperformance of InGaN-based lightemitting diodes grown on volcano-shapedpatterned sapphire substrates with embedded SiO₂,RSC Adv.,5:67809(2015))。目前，商业化的LED普遍采用PSS来提高器件性能，与传统平面蓝宝石衬底相比，采用PSS的LED出光效率提高了30％～40％。不过，受到工业技术的限制，现在市场上普遍采用2英寸和4英寸的PSS。为了满足日益增大的LED需求，同时降低生产成本，提高企业效益，对更大尺寸的PSS，即6英寸及6英寸以上的PSS的研制具有十分重要的意义。

传统方法制备PSS，一般是通过光刻、刻蚀等工艺将光刻版上的图形转移到样品上。图形大小在微米尺寸量级。

发明内容