一种蓝宝石图形衬底的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种蓝宝石图形衬底的制备方法，以进一步提高异质外延生长结构的晶体质量、提高光效。本发明主要包括以下步骤：1)在蓝宝石衬底上制备一层SiO2薄膜；2)在SiO2薄膜上继续热蒸镀一层Ni膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛；3)以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀法(RIE)或氢氟酸溶液刻蚀SiO2层，获得SiO2纳米柱阵列；4)去除Ni层，即得到带有SiO2纳米柱阵列的蓝宝石图形衬底。
【专利说明】一种蓝宝石图形衬底的制备方法
【技术领域】
:
[0001]本发明属于LED图形化衬底【技术领域】，主要涉及一种蓝宝石图形衬底的制备方法。
【背景技术】
:
[0002]氮化镓(GaN)半导体材料具有高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等优良特性。直接合成GaN单晶比较困难，由于氮的解离压很高，需要高温高压条件，而且生长出来的单晶尺寸小，不能满足生产的要求，因此商业化的GaN基器件基本都是采用异质外延法。但由于异质衬底材料与GaN的晶格失配和热膨胀失配系数都非常大，外延生长时易造成较大的应力和较高的位错密度，因而会降低载流子迀移率、寿命和材料热导率，同时位错会形成非辐射复合中心和光散射中心，导致光电子器件发光效率降低。
[0003]图形化蓝宝石衬底及低温GaN缓冲层的使用大大降低了异质外延的不匹配度，在传统的图形化蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层，外延层位错密度一般为107cm2。外延生长时GaN层逐渐覆盖蓝宝石图形，外延横向生长的趋势不强，导致外延层中存在大量从图形顶部及底部延伸的穿透位错，从而使外延层中位错密度保持在108/Cm2这一较高水平，且不容易继续降低。
【发明内容】
:
[0004]本发明希望进一步提高异质外延生长结构的晶体质量、提高光效，为此提出一种新的蓝宝石图形衬底的制备方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]该蓝宝石图形衬底的制备方法，包括以下步骤:
[0007]I)在蓝宝石衬底上制备一层SiCV薄膜；
[0008]2)在3;102薄膜上继续热蒸镀一层Ni膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛；
[0009]3)以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀法(RIE)或氢氟酸溶液刻蚀S12M，获得S12纳米柱阵列；
[0010]4)去除Ni层，即得到带有S12纳米柱阵列的蓝宝石图形衬底。
[0011]基于以上方案，本发明进一步对各环节作如下优化限定:
[0012]步骤I)制备 S12薄膜的方法为 PECVD (Plasma Enhanced Chemical VaporDeposit1n，等离子增强化学气相沉积)或反应磁控派射法或热蒸发镀膜法。
[0013]若采用PECVD工艺制备SiCV薄膜，PECVD沉积温度为200_300°C。
[0014]步骤I)沉积 100-300nm 厚的 S12层。
[0015]步骤2)在S12上蒸镀8-15nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度700-1000°C，时间为l_3min ；Ni纳米岛的平均直径为100_200nm，密度为3-5 X 1Vcm2 (即每cm2的面积上有3-5 X 10 8个纳米岛)。
[0016]步骤3)采用的刻蚀气体为CF^ CHF 3及SF 6，刻蚀速率控制在50_66nm/min，刻蚀时间为l-6min。
[0017]步骤4)是在50-150°C的HNO3溶液中浸泡5_10min去除剩余的Ni薄膜。
[0018]一种采用上述方法制备得到的蓝宝石图形衬底，其特殊之处在于:蓝宝石衬底的表面分布有S12纳米柱阵列。
[0019]上述Si02m米柱阵列的较佳形状结构是:高度为100-300nm ;Si02纳米柱的平均直径为 100-200nm，密度为 3-5X 108/cm2。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]用本发明方法制备的蓝宝石衬底，其表面分布有S12纳米柱阵列。由于3102与Al2O3的晶格匹配度较差，因此GaN只会在裸露的蓝宝石表面生长，继续生长时GaN将横向覆盖Si02m米柱。这种横向外延生长，可以阻挡位错线蔓延，减少后续外延层的位错密度，从而提高量子阱的晶体质量，最终表现为内量子效应提高。
[0022]本发明无须使用高精度的光刻机台，也不用模具进行压印，具有工艺简单，工艺成本低等优点。使用本发明方法制备的图形化蓝宝石衬底，在其基础上生长LED外延片，晶体质量大幅度提高，经测试位错密度可降至107/cm2，(102)面半高宽可降至270arcsec，且外延层表面光滑平整无缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0023]图1为传统图形化衬底的制备流程图。
[0024]采用匀胶、曝光、显影以及ICP等工艺，可制备出具有特定形状、尺寸的图形化蓝宝石衬底。
[0025]图2为本发明的一个实施例流程图。
【具体实施方式】
:
[0026]如图2所示，本发明生长图形化蓝宝石衬底，主要包括以下步骤:
[0027]I)在蓝宝石衬底上PECVD沉积一层100_300nm的3丨02层，沉积温度为200_300°C。
[0028]2)在S12上蒸镀一层8-15nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度700-1000°C，时间为l-3min。Ni纳米岛的平均直径为100_200nm，密度为3-5 X 1Vcm20
[0029]3)以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀S1jl，刻蚀气体为CF 4或(:册3及SF6，刻蚀速率控制在50-66nm/min，刻蚀时间为l_6min。刻蚀结束后获得S12纳米柱。
[0030]4)在50-150°C的HNO3溶液中浸泡5_10min去除Ni薄膜。
[0031]具体示例如下:
[0032]在蓝宝石衬底上PECVD沉积一层200nm的S1jl，沉积温度为250°C。在S1 2上蒸镀一层8nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度850 °C，时间为lmin。以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀S1jl，刻蚀气体为0?4，刻蚀速率控制在50nm/min，刻蚀时间为4min。刻蚀结束后获得3102纳米柱。在100°C的HNO 3溶液中浸泡5min去除Ni薄膜。
【权利要求】
1.一种蓝宝石图形衬底的制备方法，包括以下步骤: 1)在蓝宝石衬底上制备一层SiCV薄膜； 2)在3;102薄膜上继续热蒸镀一层Ni膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛； 3)以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀法(RIE)或氢氟酸溶液刻蚀3102层，获得S12纳米柱阵列； 4)去除Ni层，即得到带有S12纳米柱阵列的蓝宝石图形衬底。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤I)制备S12薄膜的方法为PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Depos it 1n，等离子增强化学气相沉积)或反应磁控溅射法或热蒸发镀膜法。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:PECVD沉积温度为200-300°C。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:步骤I)沉积100-300nm厚的Si02层O
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤2)在S12上蒸镀8-15nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度700-1000°C，时间为l_3min ;Ni纳米岛的平均直径为100-200nm，密度为3_5X 108/cm2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤3)采用的刻蚀气体为0?4或CHF3及SF6，刻蚀速率控制在50-66nm/min，刻蚀时间为l_6min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤4)是在50-150°C的HNO3溶液中浸泡5-10min去除Ni薄膜。
8.一种采用权利要求1所述制备方法得到的蓝宝石图形衬底其特征在于:所述蓝宝石衬底的表面分布有S12纳米柱阵列。
9.根据权利要求8所述的蓝宝石图形衬底，其特征在于:所述S12纳米柱阵列的高度为100-300nm ;S12纳米柱的平均直径为100_200nm，密度为3-5X 10 8/cm2ο
【文档编号】H01L33/22GK104485406SQ201410751919
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】韩沈丹, 黄宏嘉 申请人:西安神光安瑞光电科技有限公司