蓝宝石图形化衬底的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种蓝宝石图形化衬底的制备方法，包括如下步骤：S1：提供蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上制备高反射率的多层介质薄膜；S2：在多层介质薄膜上沉积铝膜；S3：通过掩膜和刻蚀获得图形化结构；S4：去除掩膜；S5：低温热处理，使图形化结构中的铝膜充分氧化为图形化多晶三氧化二铝膜；高温热处理，使图形化多晶三氧化二铝膜转化为单晶三氧化二铝膜。与现有图形化技术相比，本发明制作方法通过先制作图形化金属铝，在通过分段氧化的方法形成蓝宝石结构，降低了制作工艺难度和制作成本。本方法中的图形化结构包括多层介质反射层，以此制作的图形化衬底能大大提高光的取出效率，从而提高LED器件发光效率，具有重大的意义。
【专利说明】蓝宝石图形化衬底的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电子发光器件制造领域，特别描述了一种蓝宝石图形化衬底的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着以GaN(氮化镓)材料P型掺杂的突破为起点的第三代半导体材料的兴起，伴随着以III族氮化物为基础的高亮度发光二极管(Light Emitting D1des, LED)的技术突破，用于新一代绿色环保固体照明光源的氮化物LED正在成为新的研究热点。蓝宝石衬底具有化学和物理性质稳定、透光性好、成本合适等优点，广泛被用于氮化物外延衬底。但是由于氮化物外延材料与蓝宝石衬底存在晶格失配，造成外延层较高的位错密度，影响了 LED芯片的内量子效率。为了解决这个问题，通常采用图形衬底的方法，在衬底上制作图形的界面，通过控制侧向外延，外延薄膜的缺陷局限于图形所形成的细小面积之内，从而得到高质量的外延薄膜。
[0003]目前，图形化蓝宝石衬底一般采用干法刻蚀制备，其中ICP干法刻蚀技术具有能有效控制等离子体密度和轰击能量的优点而被大量使用。但是干法刻蚀不可避免对蓝宝石表面造成一定的污染和损伤，不利于氮化物外延晶体质量的提高。此外由于蓝宝石和空气的折射率相差很大，导致LED芯片发出的光被限制在芯片和蓝宝石内部，限制了光的取出效率，因此具有高出光效率的图形化蓝宝石衬底成为LED芯片亮度提升的关键问题。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以提高出光效率与外延晶体质量的图形化蓝宝石衬底的制造方法。
[0005]为达到以上目的，本发明提供了一种蓝宝石图形化衬底的制备方法，包括如下步骤:
S1:提供蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上制备高反射率的多层介质薄膜，所述的多层介质薄膜的厚度为10nnTl.5 μ m ；
52:在所述的多层介质薄膜上沉积铝膜，铝膜的厚度为5?400nm ；
53:通过掩膜和刻蚀获得图形化结构；
54:去除掩膜；
55:低温热处理，在400-600°C下加热20分钟到5小时使图形化结构中的铝膜充分氧化为图形化多晶三氧化二铝膜；高温热处理，在700-900°C下加热I到5小时，在1000-1250°C下加热I到5小时，使图形化多晶三氧化二铝膜转化为致密的单晶三氧化二铝膜。
[0006]本方案的图形化衬底在外延生长时，氮化物优先在暴露的蓝宝石基板上向上生长，待生长外延层完全覆盖多层反射层结构并与上面的三氧化二铝接触时，调节生长条件使其倾向于侧向生长；侧向生长完全覆盖三氧化二铝后，再转化生长条件使其向上生长。通过此种多步生长工艺，将晶格失配造成的缺陷局限在图形周围，从而得到高质量的外延材料。
[0007]作为进一步的改进，所述的步骤SI中的多层介质薄膜的材料可以是二氧化硅、氧化钛、或氧化铝等的组合，多层介质反射层可以是两层甚至更多层，层数越多反射率越高。
[0008]作为进一步的改进，所述的步骤S2中的铝膜的制备方法为蒸镀或溅射。
[0009]作为进一步的改进，所述的步骤S3中的掩膜包括用于形成图形化掩膜的光刻胶或者其他材料，其目的是形成图形化掩膜；刻蚀方法可以是ICP或其他干法刻蚀技术。
[0010]与现有图形化技术相比，本发明制作方法通过先制作图形化金属铝，在通过分段氧化的方法形成蓝宝石结构，降低了制作工艺难度和制作成本。本方法中的图形化结构包括多层介质反射层，其反射率可通过增加反射层层数来提高，以28层二氧化硅和氧化钛为例，其蓝光段反射率高达95%以上。以此制作的图形化衬底能大大提高光的取出效率，从而提高LED器件发光效率，具有重大的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1至附图4是制作图形衬底的整个工艺流程侧面示意图。
[0012]图中I代表蓝宝石平面衬底，2代表多层高反射介质层，3代表金属铝，4代表掩膜，5代表三氧化二铝。
【具体实施方式】
[0013]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0014]参见附图1至附图4所示，本发明所提供的蓝宝石图形化衬底的制备方法，包括如下步骤:
S1:提供蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上制备高反射率的多层介质薄膜；
52:在多层介质薄膜上沉积铝膜；
53:通过掩膜和刻蚀获得图形化结构；
54:去除掩膜；
55:低温热处理，使图形化结构中的铝膜充分氧化为图形化多晶三氧化二铝膜；高温热处理，使图形化多晶三氧化二铝膜转化为单晶三氧化二铝膜。
[0015]如附图1所示，在步骤SI中的多层介质薄膜的材料可以是二氧化硅、氧化钛、或氧化铝等的组合，多层介质反射层可以是两层甚至更多层，层数越多反射率越高，其厚度为10nm-L 5 μ m。
[0016]如附图2所示，步骤S2中的铝膜的制备方法为蒸镀或溅射，铝膜的厚度为5_400nmo
[0017]如附图3所示，步骤S3中的掩膜包括用于形成图形化掩膜的光刻胶或者其他材料，其目的是形成图形化掩膜；刻蚀方法可以是ICP或其他干法刻蚀技术。
[0018]如附图4所示，步骤S5中，首先在400_600°C下加热20分钟到5小时，使铝膜转变成三氧化二铝多晶结构；然后在700-900°C下加热I到5小时，在1000-1250°C下加热I到
5小时，使三氧化二铝多晶结构为转化为致密的单晶蓝宝石结构。
[0019]由于本方案的图形化衬底在外延生长时，氮化物优先在暴露的蓝宝石基板上向上生长，待生长外延层完全覆盖多层反射层结构并与上面的三氧化二铝接触时，调节生长条件使其倾向于侧向生长；侧向生长完全覆盖三氧化二铝后，再转化生长条件使其向上生长。通过此种多步生长工艺，将晶格失配造成的缺陷局限在图形周围，从而得到高质量的外延材料。因而与现有图形化技术相比，本发明制作方法通过先制作图形化金属铝，在通过分段氧化的方法形成蓝宝石结构，降低了制作工艺难度和制作成本。本方法中的图形化结构包括多层介质反射层，其反射率可通过增加反射层层数来提高，以28层二氧化硅和氧化钛为例，其蓝光段反射率高达95%以上。以此制作的图形化衬底能大大提高光的取出效率，从而提高LED器件发光效率，具有重大的意义。
[0020]以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: S1:提供蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上制备高反射率的多层介质薄膜，所述的多层介质薄膜的厚度为10nnTl.5 μ m ； 52:在所述的多层介质薄膜上沉积铝膜，铝膜的厚度为5?400nm ； 53:通过掩膜和刻蚀获得图形化结构； 54:去除掩膜； 55:低温热处理，在400-600 °C下加热20分钟到5小时使图形化结构中的铝膜充分氧化为图形化多晶三氧化二铝膜；高温热处理，在700-900°C下加热I到5小时，在1000-1250°C下加热I到5小时，使图形化多晶三氧化二铝膜转化为致密的单晶三氧化二铝膜。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于:所述的步骤SI中的多层介质薄膜的材料包括二氧化硅、氧化钛以及氧化铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于:所述的步骤S2中的铝膜的制备方法为蒸镀或溅射。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于:所述的步骤S3中的掩膜包括用于形成图形化掩膜的光刻胶。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石图形化衬底的制备方法，其特征在于:所述的步骤S3中的刻蚀的方法包括ICP或干法刻蚀技术。
【文档编号】H01L33/10GK104300046SQ201410618591
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】何源, 谢祥同, 何精明 申请人:苏州瀚墨材料技术有限公司