六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蓝宝石的制备方法。
【背景技术】
[0002]蓝宝石单晶拥有许多独特的物理化学性能，是重要的电子、陶瓷、催化用氧化物材料，在这些应用中，蓝宝石作为制备GaN基薄膜外延生长所需的衬底材料，生长在普通蓝宝石衬底上的GaN，大量位错缺陷从底部向上传播。生长在沟槽型蓝宝石衬底(深度I μπι)上的GaN，GaN层在蓝宝石衬底顶部进行侧向生长，在图形侧壁上两个生长前沿边界合并时形成了一些空洞。GaN在PSS上的异质结构的侧向生长区域位错弯曲了 90°，位错没有传播到GaN层的表面，从而增强GaN基发光二极管(LED)的发光性能。
[0003]蓝宝石单晶的图形化衬底制作方法主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀，目前湿法刻蚀成本较低，且容易在蓝宝石表面制得具有倾斜面的图形，干法刻蚀容易对蓝宝石衬底表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，其中部分位错将延伸到上层侧向外延层中，不利于外延层薄膜质量的进一步提高，也不会在蓝宝石表面制备出六边角锥体。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决干法刻蚀在蓝宝石表面难以制作六边角锥体的问题，提供了一种六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法
[0005]六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法是通过以下步骤实现的:
[0006]一、预处理:在室温下，将圆锥形图形化蓝宝石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干；
[0007]二、将经步骤一处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A升温至235?275°C，其中混合溶液A为过氧化氢、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸与硫酸的体积比为1: (0.8?3.2)，将载有圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀8?25min ；
[0008]三、将经步骤二处理后的图形化蓝宝石片从石英烧杯中取出，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干，即得六边角锥体图形化蓝宝石。
[0009]步骤二中过氧化氢与硫酸的体积比为O?1: 100。
[0010]本发明的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法的每个步骤中采用的容器不能与使用的溶液发生反应。例如采用高纯石英容器。
[0011]本发明的步骤二中使用的硫酸、过氧化氢、磷酸均为市售产品。
[0012]本发明的步骤一至步骤三中使用的石英产品，均为美国GE石英材料制成。
[0013]本发明的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法能有效地将圆锥形图形化蓝宝石转化为六边角锥体图形化蓝宝石，且生成的六边角锥体图形化蓝宝石规则有序，重复性好。湿采用的设备简单，操作方便，易于掌握，过程安全、无污染。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015](I)针对蓝宝石单晶的结构稳定，难以刻蚀和破坏共价键等特点，本发明确定了湿法刻蚀所用溶剂的顺序及物质配比，采用本发明的刻蚀方法能够得到表面有序的六边角锥体图形化蓝宝石。
[0016](2)对圆锥形图形化蓝宝石进行预处理(步骤一)，利用蓝宝石单晶在无水乙醇中浸泡处理，此步去除的主要为与表面结合较弱的污染物。去离子水冲洗，氮气吹干，防止蓝宝石片上留下水渍。
[0017](3)步骤二和步骤三中使用的石英容器，是具有特定功能结构。
[0018](4)步骤二中利用硫酸和磷酸的强腐蚀性，去破坏蓝宝石的共价键，对不同晶面进行不同速率的刻蚀，从而在蓝宝石表面刻蚀出六边角锥体图形。
[0019](5)步骤三中采用过氧化氢、硫酸和磷酸的混合溶液加热处理，可以有效的增加蓝宝石表面的刻蚀速率。
【附图说明】
[0020]图1是对未经实验一处理的圆锥形图形化蓝宝石的扫描电子显微镜图；
[0021]图2是对未经实验一处理的圆锥形图形化蓝宝石的扫描电子显微镜图；
[0022]图3、是实验一所得的六边角锥体图形化蓝宝石的扫描电子显微镜图；
[0023]图4是实验一所得的六边角锥体图形化蓝宝石的扫描电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0024]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0025]【具体实施方式】一:本实施方式六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法是通过以下步骤实现的:
[0026]一、预处理:在室温下，将圆锥形图形化蓝宝石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干；
[0027]二、将经步骤一处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A升温至235?275°C，其中混合溶液A为过氧化氢、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸与硫酸的体积比为1: (0.8?3.2)，将载有圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀8?25min ；
[0028]三、将经步骤二处理后的图形化蓝宝石片从石英烧杯中取出，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干，即得六边角锥体图形化蓝宝石。
[0029]本实施方式步骤二中的浓硫酸和过氧化氢为市售产品，浓硫酸的质量百分浓度为98%,双氧水为质量百分浓度为30%的市售双氧水，磷酸为质量百分浓度为85%的市售双氧水。
[0030]本实施方式边角锥体图形化蓝宝石的制备方法是湿法刻蚀方法，能有效地将圆锥形图形化蓝宝石转化为六边角锥体图形化蓝宝石，且生成的六边角锥体图形化蓝宝石规则有序，重复性好。湿法刻蚀采用的设备简单，操作方便，易于掌握，过程安全、无污染。
[0031]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤二中过氧化氢与硫酸的体积比为O?1: 100。其它与【具体实施方式】一相同。
[0032]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至240?270°C。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0033]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至245?265°C。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0034]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至250?260°C。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0035]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至235°C。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0036]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是步骤二中混合溶液A中磷酸与硫酸的体积比为1:1。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0037]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是步骤二中圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀23min。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0038]进行如下实验，验证本发明的有益效果:
[0039]实验一:六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其是通过以下步骤实现的:
[0040]一、预处理:在室温下，将圆锥形图形化蓝宝石片置于乙醇中浸泡12h，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干；
[0041]二、将经步骤一处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A升温至240°C，其中混合溶液A为微量过氧化氢、磷酸和硫酸混合液，磷酸与硫酸的体积比为1: 1，步骤二中过氧化氢与硫酸的体积比为1: 100，将载有圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，高温湿法刻蚀23min ;
[0042]三、将经步骤二处理后的图形化蓝宝石片温度从石英烧杯中取出，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干；
[0043]实验一步骤二中的浓硫酸和过氧化氢为市售产品，浓硫酸的质量百分浓度为98%,双氧水为质量百分浓度为30%的市售双氧水，磷酸为质量百分浓度为85%的市售双氧水。
[0044]实验一的步骤一至步骤三中均采用美国GE石英材料仪器。
[0045]对未经实验一处理的圆锥形图形化蓝宝石(图1、图2)和经实验一处理后得到的六边角锥体图形化蓝宝石(图3、图4)进行扫描电子显微镜(SEM)测试，测试得到的SEM谱图分别如图1、图2和图3、图4所示。从图3、图4可见，生成的六边角锥体图形化蓝宝石规则有序，重复性好。
[0046]可见，经实验一生成的六边角锥体图形化蓝宝石规则有序，重复性好，且采用的设备简单，操作方便，易于掌握，过程安全、无污染。
【主权项】
1.六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法是通过以下步骤实现的: 一、预处理:在室温下，将圆锥形图形化蓝宝石片置于乙醇中浸泡10?15h，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干； 二、将经步骤一处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A升温至235?275°C，其中混合溶液A为过氧化氢、磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸与硫酸的体积比为1: (0.8?3.2)，将载有圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀8?25min ； 三、将经步骤二处理后的图形化蓝宝石片从石英烧杯中取出，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干，即得六边角锥体图形化蓝宝石。2.根据权利要求1所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中过氧化氢与硫酸的体积比为O?1: 100。3.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至240?270 °C。4.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至245?265 °C。5.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至250?260 °C。6.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中将石英烧杯中混合溶液A升温至235 °C。7.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中混合溶液A中磷酸与硫酸的体积比为1:1。8.根据权利要求1或2所述的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，其特征在于步骤二中圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀23min。
【专利摘要】六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法，它涉及一种蓝宝石的制备方法。本发明是为了解决干法刻蚀在蓝宝石表面难以制作六边角锥体的问题。本方法如下：将预处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A高温湿法刻蚀，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干，即得六边角锥体图形化蓝宝石。本发明的六边角锥体图形化蓝宝石的制备方法能有效地将圆锥形图形化蓝宝石转化为六边角锥体图形化蓝宝石，且生成的六边角锥体图形化蓝宝石规则有序，重复性好。且采用的设备简单，操作方便，易于掌握，过程安全、无污染。本发明属于蓝宝石的制备领域。
【IPC分类】H01L33/22, C30B29/20, C30B33/10
【公开号】CN105177718
【申请号】
【发明人】申健, 张丹, 庞春玲, 张飞虎, 甘阳
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年6月24日