一种蓝宝石复合衬底的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微纳米电子制造技术领域，涉及半导体材料，具体涉及一种蓝宝石复合衬底。
【背景技术】
[0002]随着近来LED散热技术的改进，室外照明的大功率LED路灯、投光灯等LED大功率照明灯具已经实现工业化生产并开始被大量应用。对色温和显色性要求很高的室内照明的舞台灯、影棚灯等也已实现量产并投入应用。适用范围最大、用量也最大的通用照明的T8、T5、T4、灯管和代替白炽灯和节能灯的螺口球泡灯以形成系列化，使用寿命已高达5万小时。LED照明已进入高速发展期。
[0003]通常，LED的氮化镓系薄膜外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点:首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。但是目前的蓝宝石衬底因其结构的限制，使其对发光二极管的光提取效率低。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种应力有效释放，光提取率高的蓝宝石复合衬底。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:一种蓝宝石复合衬底，包括蓝宝石基板，所述蓝宝石基板上设有掩膜层，所述掩膜层经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层，通过所述图形掩膜层保护腐蚀所述蓝宝石基板形成图形化蓝宝石图形层，所述图形化蓝宝石图形层上设有氧化铝层，所述氧化铝层厚度为10?14nm或101?500nm ;所述图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连。
[0006]优选方式为，所述掩膜层的厚度为10?5000nm。
[0007]优选方式为，所述掩膜层为Si02掩膜层，所述Si02掩膜层上的图形按正方或六方排列设置。
[0008]采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是:由于本实用新型的蓝宝石复合衬底及其制备，本实用新型的蓝宝石复合衬底因设有一层氧化铝，该氮化铝的结构与氮化镓结构相似，使其能有效对氮化镓基的材料应力有效释放，减少氮化镓生长缺陷；同时本实用新型的蓝宝石复合衬底结构对发光二极管的光提取效率的改善更为显著，该复合衬底可以比使用普通蓝宝石平片衬底生长的氮化镓基发光二极管的亮度提升45%以上。而本实用新型的制备方法包括步骤:先让清洗干净的蓝宝石基板上生长一层掩膜层，并在掩膜层上涂覆光刻胶，然后利用光刻技术对掩膜层上未有图形区域进行光刻。光刻完毕后利用BOE溶液或RIE刻蚀，去除没有光刻胶保护的掩膜层区域，再利用湿法溶液去除残余的光刻胶。接着在掩膜层的保护下腐蚀蓝宝石基板，直至蓝宝石基板与图形底部粘连到一起为止，再使用湿法清洗图形化蓝宝石基板。最后利用溅射设备，在蓝宝石基板上沉积一层氮化铝，至此形成了蓝宝石复合衬底。
[0009]因此本实用新型的蓝宝石复合衬底的制备方法，可以实现大面积、低成本、工业化的复合图形蓝宝石衬底制备。而利用本实用新型的制备方法制备的蓝宝石复合衬底，可被广泛应用，可以用于氮化镓基发光二极管材料生长的衬底，该方法可以制备复合衬底的工艺简单，成本低，尤其对大尺寸晶圆的复合图形衬底制作具有很高是工业化前景。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型监宝石基板上设有Si02掩I旲层时的结构不意图；
[0011]图2是本实用新型蓝宝石复合基板上设有图形掩膜层连时的结构示意图；
[0012]图3是本实用新型蓝宝石复合基板上设有图形化蓝宝石图形层的结构示意图；
[0013]图4是本实用新型蓝宝石复合衬底的结构示意图；
[0014]图5是图4的俯视图；
[0015]图中:1 一蓝宝石基板、2 — Si02掩膜层、3 —图形掩膜层、4一图形化蓝宝石图形层、5—氧化铝层。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0017]实施例一:
[0018]如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种蓝宝石复合衬底包括蓝宝石基板1，蓝宝石基板I上设有掩膜层2，掩膜层2经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层3，通过图形掩膜层3保护腐蚀蓝宝石基板I形成图形化蓝宝石图形层4，图形化蓝宝石图形层4上设有氧化铝层5，氧化招层5厚度为10?14nm或101?500nm ;图形化蓝宝石图形层4上相邻图形的底部相互粘连，掩膜层的厚度为10?5000nm，掩膜层为Si02掩膜层2，Si02掩膜层2上的图形按正方或六方排列设置。
[0019]本实施例的蓝宝石复合衬底的制备方法为湿法腐蚀实例，包括步骤:
[0020]1、选择一蓝宝石平片。
[0021]2、在蓝宝石平片上使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N20气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层10?5000nm的Si02掩膜层2。
[0022]3、在Si02掩膜层2上涂覆一层光刻胶，利用光刻技术，对没有图形的区域进行光刻，而使有图形的区域被光刻胶保护，形成图形掩膜层3。
[0023]4、利用BOE在光刻胶图层的保护下对Si02掩膜层2进行腐蚀，得到图形按正方或六方排列设置的图形掩膜层3，其中BOE使用1:6的HF/NH4F混合溶液。
[0024]5、使用湿法溶液去除光刻胶。
[0025]6、利用浓H2S04与浓H3P04的混合溶液，在图形掩膜层3的保护下，腐蚀至蓝宝石基板1，使图形掩膜层3上相邻图形的底部相互粘连到一起，形成图形化蓝宝石图形层
4。湿法腐蚀液为浓H2S04与浓H3P04的混合溶液，浓H2S04与浓H3P04的体积配比范围为1:10?10:1，混合溶液温度范围为260?330 °C。
[0026]7、利用湿法清洗蓝宝石衬底。
[0027]8、在蓝宝石衬底上溅射一层氮化铝复合层5，氮化铝层5厚度为10?500nm。
[0028]实施例二:
[0029]本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于:
[0030]制备方法为干法刻蚀实例，包括步骤:
[0031]1、选择一蓝宝石平片
[0032]2、在蓝宝石平片上使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N20气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层10?5000nm的Si02掩膜层2。
[0033]3、在Si02掩膜层2上涂覆一层光刻胶，利用光刻技术，对没有图形的区域进行光刻，而使有图形的区域被光刻胶保护，形成图形掩膜层3。
[0034]4、利用RIE使用CF4气体对Si02掩膜层2进行刻蚀，得到图形按正方或六方排列设置的图形掩膜层3。
[0035]5、在利用利用干法ICP使用BC13、C13、H2、Ar等其他对蓝宝石继续刻蚀至蓝宝石图形底部，使图形掩膜层3上相邻图形的底部相互粘连到一起。
[0036]6、利用湿法清洗蓝宝石衬底。
[0037]7、在蓝宝石衬底上派射一层氮化招复合层，氮化招层5厚度为10?500nm。
[0038]另外本实用新型的蓝宝石复合衬底的制备方法中，掩膜层使用等离子增强气相化学沉积或电子束蒸镀的方法制备的。在图形的退火在空气气氛中进行，退火温度在300?550。。。
[0039]综上所述，利用本实用新型制作的上述具有复合型的图形化蓝宝石衬底应用广泛，可以用于氮化镓基发光二极管材料生长的衬底，该复合衬底最上层氮化铝结构与氮化镓结构相似，能有效对氮化镓基的材料应力有效释放，减少氮化镓生长缺陷；同时该底部的蓝宝石结构图层对发光二极管的光提取效率的改善更为显著，该复合衬底可以比使用普通蓝宝石平片衬底生长的氮化镓基发光二极管的亮度提升45%以上。而且本实用新型的方法可以制备复合衬底的工艺简单，成本低，尤其对大尺寸晶圆的复合图形衬底制作具有很高是工业化前景
[0040]以上所述本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种蓝宝石复合衬底的制备方法结构的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种蓝宝石复合衬底，包括蓝宝石基板，所述蓝宝石基板上设有掩膜层，所述掩膜层经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层，通过所述图形掩膜层保护腐蚀所述蓝宝石基板形成图形化蓝宝石图形层，其特征在于，所述图形化蓝宝石图形层上设有氧化铝层，所述氧化铝层厚度为10?14nm或101?500nm ;所述图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连。2.根据权利要求1所述的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述掩膜层的厚度为10?5000nm。3.根据权利要求1或2所述的蓝宝石复合衬底，其特征在于，所述掩膜层为Si02掩膜层，所述Si02掩膜层上的图形按正方或六方排列设置。
【专利摘要】本实用新型公开了一种蓝宝石复合衬底，蓝宝石衬底包括氧化铝层，其制备方法包括步骤先让清洗干净的蓝宝石基板上生长一层掩膜层，并在掩膜层上涂覆光刻胶，然后利用光刻技术对掩膜层上未有图形区域进行光刻。光刻完毕后利用BOE溶液或RIE刻蚀，去除没有光刻胶保护的掩膜层区域，再利用湿法溶液去除残余的光刻胶。接着在掩膜层的保护下腐蚀蓝宝石基板直至蓝宝石基板，使相邻图形的底部粘连到一起，再使用湿法清洗图形化蓝宝石基板。最后利用溅射设备，在蓝宝石基板上沉积一层氮化铝，至此形成了蓝宝石复合衬底。因此本实用新型的蓝宝石复合衬底的制备方法，可以实现大面积、低成本、工业化的复合图形蓝宝石衬底制备。
【IPC分类】H01L33/12, H01L33/00, H01L33/22
【公开号】CN205122627
【申请号】CN201520798846
【发明人】许南发, 王瑞敏, 玄成帅, 郭明灿
【申请人】山东元旭光电有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年10月16日