專利名稱：藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，屬于半導(dǎo)體微納加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著第三代半導(dǎo)體GaN的發(fā)展，利用GaN基大功率LED作為ー種新型的固體光源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。GaN基LED具有功率高，能耗少，壽命長(zhǎng)，體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前藍(lán)寶石襯底是氮化物進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)最常用的襯底之一。由于藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層之間存在很大晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)差異，因此氮化物外延層中存在很大的殘余應(yīng)カ和諸多晶體缺陷，影響了裁量的晶體質(zhì)量，限制了器件光電性能的進(jìn)ー步提聞。采用圖形化藍(lán)寶石襯底技術(shù)可以緩解異質(zhì)外延生長(zhǎng)中藍(lán)寶石襯底和氮化物外延層由于晶格失配引起的應(yīng)力，使之得到有效的弛豫，大大降低氮化物材料中的位錯(cuò)密度，提高器件的內(nèi)量子發(fā)光效率。同時(shí)大大増加光的逃逸出射幾率。利用本發(fā)明，制作類光子晶體的有序納米碗圖形襯底。較微米級(jí)圖形襯底，能降低氮化物外延層中的位錯(cuò)密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量，大大提高出光效率，改善器件的性能，并有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；痛竺娣e制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，能降低氮化物外延層中的位錯(cuò)密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量，大大提高出光效率，改善器件的性能。本發(fā)明提供ー種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，包括如下步驟I)在藍(lán)寶石襯底表面排列ー單層緊密排列的聚苯こ烯球；2)在聚苯こ烯球的間隙填充ニ氧化硅凝膠；3)加溫加熱處理，使聚苯こ烯球氣化，在ニ氧化硅凝膠的表面形成ニ氧化硅納米碗陣列掩模；4)采用ICP的方法，干法刻蝕或者濕法刻蝕，把ニ氧化硅納米碗陣列掩膜轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上；5)在BOE溶液中進(jìn)行處理，將藍(lán)寶石襯底表面殘留的ニ氧化硅凝膠去除干凈，形成藍(lán)寶石納米碗陣列圖形，完成制作。其中在藍(lán)寶石襯底排列的為ー單層緊密排列的聚苯こ烯球，是采用自組裝技術(shù)形成，聚苯こ烯球的直徑為O. 1-lum。其中聚苯こ烯球是ニ氧化硅球。其中加溫加熱處理的溫度為400-600°C左右，時(shí)間為10-30min。其中采用ICP干法刻蝕，刻蝕氣體為Cl基氣體，起輝功率為450w，濺射功率為75w，時(shí)間為 800-1000S。
其中采用濕法刻蝕，先置于質(zhì)量比為30%的NaOH溶液中，常溫5min處理，使得納米碗底部充分通孔；或者用ICP刻蝕，刻蝕氣體為氟基氣體，刻蝕深度為10nm，使得納米碗底部充分通孔，再用體積比為3 I的硫酸和磷酸的混合液，溫度為260°C，刻蝕時(shí)間為I-IOmin0其中用BOE溶液處理的時(shí)間為100-300S。


為使審查員能進(jìn)ー步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特 征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖I在藍(lán)寶石襯底表面排列聚苯こ烯(PS)球，填上ニ氧化硅凝膠后的截面圖，其中10為藍(lán)寶石襯底，11為ニ氧化硅凝膠，12為聚苯こ烯球；圖2去除聚苯こ烯球后形成ニ氧化硅納米陣列掩膜的俯視圖(掃描電鏡照片)，其中10為藍(lán)寶石襯底，經(jīng)過(guò)加溫加熱處理后的ニ氧化硅凝膠11 ；圖3藍(lán)寶石圖形襯底上的納米碗陣列(掃描電鏡照片)，30為藍(lán)寶石納米碗陣列圖形；
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I至圖3所示，本發(fā)明ー種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，包括如下步驟步驟I :在藍(lán)寶石襯底10表面排列ー單層緊密排列的聚苯こ烯(PS)球12 (圖I)，PS球直徑為O. Ι-lum，也可以是ニ氧化硅球，其它無(wú)機(jī)球與有機(jī)高分子球。這里的襯底可以是其它III/V族，和II/VI化合物半導(dǎo)體襯底。步驟2 :在聚苯こ烯球12的間隙填充ニ氧化硅凝膠11 (圖I)，用甩膠機(jī)勻膠，先100-500轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為l_5s，再1000-8000轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為10_30s，使ニ氧化硅凝膠11均勻填充至聚苯こ烯球12間隙(圖I)，這里也可以用ニ氧化鈦凝膠。步驟3 :加溫加熱處理，溫度為400_600°C左右，時(shí)間為10_30min，使聚苯こ烯球氣化，形成納米碗陣列ニ氧化硅掩膜11 (圖2)。步驟4 :采用ICP的方法，干法刻蝕或者濕法刻蝕，刻蝕氣體為Cl基氣體，起輝功率為450w，濺射功率為75w，時(shí)間為600-1000S，把納米碗陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底10上(圖 3)。ICP干法刻蝕也可用濕法刻蝕代替。方法如下先置于質(zhì)量比為30%的NaOH溶液中，常溫5min處理，使得納米碗底部充分通孔；或者用ICP刻蝕，刻蝕氣體為氟基氣體，刻蝕深度為IOnm左右，使得納米碗底部充分通孔。步驟5 :完成ICP干法刻蝕或濕法刻蝕后，再用在BOE溶液中進(jìn)行處理，硫酸和磷酸的混合液(體積比3 I)，溫度為260°C，刻蝕時(shí)間為IOmin左右，將藍(lán)寶石襯底10表面殘留的ニ氧化硅凝膠11去除干凈，把納米碗圖形陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底10上，形成藍(lán)寶石納米碗陣列圖形30(圖3)。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)?！?br> 權(quán)利要求
1.ー種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，包括如下步驟 1)在藍(lán)寶石襯底表面排列ー單層緊密排列的聚苯こ烯球； 2)在聚苯こ烯球的間隙填充ニ氧化硅凝膠； 3)加溫加熱處理，使聚苯こ烯球氣化，在ニ氧化娃凝膠的表面形成ニ氧化娃納米碗陣列掩模； 4)采用ICP的方法，干法刻蝕或者濕法刻蝕，把ニ氧化硅納米碗陣列掩膜轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上； 5)在BOE溶液中進(jìn)行處理，將藍(lán)寶石襯底表面殘留的ニ氧化硅凝膠去除干凈，形成藍(lán)寶石納米碗陣列圖形，完成制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中在藍(lán)寶石襯底排列的為ー單層緊密排列的聚苯こ烯球，是采用自組裝技術(shù)形成，聚苯こ烯球的直徑為O.1—lum。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中聚苯こ烯球是ニ氧化硅球。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中加溫加熱處理的溫度為400-600°C左右，時(shí)間為10-30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中采用ICP干法刻蝕，刻蝕氣體為Cl基氣體，起輝功率為450W，濺射功率為75w，時(shí)間為800-1000S。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中采用濕法刻蝕，先置于質(zhì)量比為30%的NaOH溶液中，常溫5min處理，使得納米碗底部充分通孔；或者用ICP刻蝕，刻蝕氣體為氟基氣體，刻蝕深度為10nm，使得納米碗底部充分通孔，再用體積比為3 : I的硫酸和磷酸的混合液，溫度為260°C，刻蝕時(shí)間為l-10min。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，其中用BOE溶液處理的時(shí)間為100-300S。
全文摘要
一種藍(lán)寶石納米碗陣列圖形襯底的制作方法，包括如下步驟1)在藍(lán)寶石襯底表面排列一單層緊密排列的聚苯乙烯球；2)在聚苯乙烯球的間隙填充二氧化硅凝膠；3)加溫加熱處理，使聚苯乙烯球氣化，在二氧化硅凝膠的表面形成二氧化硅納米碗陣列掩模；4)采用ICP的方法，干法刻蝕或者濕法刻蝕，把二氧化硅納米碗陣列掩膜轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石襯底上；5)在BOE溶液中進(jìn)行處理，將藍(lán)寶石襯底表面殘留的二氧化硅凝膠去除干凈，形成藍(lán)寶石納米碗陣列圖形，完成制作。本方法能降低氮化物外延層中的位錯(cuò)密度，提高外延材料的晶體質(zhì)量，大大提高出光效率，改善器件的性能。
文檔編號(hào)C30B25/18GK102691102SQ20121018097
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者劉喆, 吳奎, 張逸韻, 李晉閩, 李璟, 王軍喜, 閆建昌, 魏同波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所