CN102005518B - 锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法，包括以下步骤：(1)在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅层或氮化硅层，利用光刻法形成掩膜图形；(2)将带有二氧化硅或氮化硅掩膜的衬底放入加热后硫酸和磷酸混合溶液中进行第一次腐蚀，去掉衬底上的二氧化硅氮化硅掩膜层，用纯水清洗完；(3)将第一次腐蚀完的衬底放入混合溶液中进行第二次腐蚀，取出后用纯水清洗，即得到蓝宝石锥状图形衬底。本发明通过两次腐蚀制备出锥状图形衬底，解决了圆台状图形衬底生长外延不易长平，外延层晶体质量差的问题，同时也增加了出光面积。

Description

锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法
技术领域
本发明涉及一种通过两次腐蚀完成锥状图形衬底制备的方法，属于光电子技术领域。
背景技术
对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。目前市面上一般有三种材料可作为衬底：蓝宝石、Si、SiC。通常，GaN基材料和器件的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。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω·cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极一般要吸收约30％～40％的光，这严重影响发光效率。横向外延技术可以有效地降低外延层的位错密度。但传统的横向外延生长技术工艺复杂，而且横向外延生长的掩膜区薄膜会发生向下的晶向倾斜以及在掩膜区边界处会产生一些小角度晶界|。为了克服传统横向外延生长存在的几个问题，利用横向外延生长原理，对蓝宝石进行表面处理，并结合MOCVD薄膜生长技术，在蓝宝石衬底上生长低位错密度、优异光学性能的GaN薄膜。
通过垂直结构，表面粗化，倒金字塔结构，透明接触层，倒装芯片，布拉格反射层(DBR)结构，光子晶体等技术改进能够有效的提高芯片的光提取效率，而蓝宝石图形化衬底(PSS)技术由于能够降低外延层应力、改善晶体生长性能、增加GaN/蓝宝石接触面逸出角等优势，近年来成为关注的焦点。
中国专利文献CN1294649C公开了一种湿法腐蚀蓝宝石衬底的方法，包括：采用常规技术在C面蓝宝石上蒸镀二氧化硅掩膜层，利用光刻技术光刻条形二氧化硅掩膜图形；用硫酸或硫酸与磷酸的混合液作为腐蚀液湿法腐蚀该衬底，最后再用氢氟酸溶液腐蚀二氧化硅掩膜层，即可得到蓝宝石图形衬底。上述专利文献利用的是硫酸和磷酸的混合酸腐蚀液，腐蚀的图形也不容易控制，硫酸的腐蚀速率较快，不易控制，而且图形上表面有平台，外延生长存在三维生长，外延片的表面不易长平。
发明内容
本发明针对现有制备蓝宝石图形衬底的过程中存在的问题，提供了一种能够调节腐蚀速率，使腐蚀的图形容易控制、能够得到锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法。
本发明的锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法，包括以下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD沉积0.1μm-1μm的二氧化硅层或氮化硅层，利用光刻胶在掩膜层上刻出圆形图形，显影后，刻蚀掩膜层图形，然后按常规方法去掉光刻胶，形成掩膜图形；
(2)配置硫酸和磷酸混合溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，将硫酸和磷酸的混合溶液加热到230℃-300℃稳定后，将带有二氧化硅或氮化硅掩膜的衬底放入硫酸和磷酸混合溶液中进行第一次腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，然后取出衬底用去纯水冲洗，然后用常规方法去掉衬底上的二氧化硅或氮化硅掩膜层，再用纯水清洗完，即得到一次腐蚀的蓝宝石图形衬底。
(3)继续稳定硫酸和磷酸的混合溶液的温度在230℃-300℃，将第一次腐蚀完的衬底放入混合溶液中进行第二次腐蚀，即无掩膜层的腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，取出后用纯水清洗，即得到蓝宝石锥状图形衬底。
上述方法通过光刻技术将图形转移到掩膜上，通过控制温度来控制腐蚀速率，使腐蚀的图形比较容易控制。通过有二氧化硅或氮化硅掩膜和无掩膜的两次腐蚀制备蓝宝石锥状图形衬底。
本发明通过两次腐蚀制备出锥状图形衬底，解决了圆台状图形衬底生长外延不易长平，外延层晶体质量差的问题，同时也增加了出光面积。
附图说明
图1是本发明通过光刻制备二氧化硅或氮化硅掩膜图形的示意图。
图2是与本发明相结合的一次腐蚀制备蓝宝石图形衬底的示意图。
图3是与本发明相结合的二次腐蚀制备锥状蓝宝石图形衬底示意图。
具体实施方式
如图1所示在蓝宝石衬底上刻蚀出圆形二氧化硅或氮化硅图形，然后在230℃-300℃的硫酸和磷酸混合溶液中进行第一次腐蚀，按常规方法去掉二氧化硅或氮化硅掩膜，即得到第一次腐蚀的蓝宝石图形，如图2所示。将硫酸和磷酸混合溶液的温度继续稳定在230℃-300℃，将第一次腐蚀的蓝宝石图形在混合溶液中进行第二次腐蚀，即无二氧化硅或氮化硅掩膜腐蚀，得到第二次腐蚀的锥形蓝宝石图形衬底，如图2所示。
本发明的锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法具体包括以下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD沉积0.1-1um的二氧化硅层或氮化硅层，利用光刻胶在掩膜层上刻出图形，显影后，刻蚀掩膜图形，然后按常规方法去掉光刻胶，形成如图1所示的二氧化硅或氮化硅掩膜图形。
(2)配置硫酸和磷酸溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，加热到230℃-300℃稳定后，进行第一次腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，取出衬底用纯水冲洗，然后用常规方法去掉衬底上的二氧化硅或氮化硅掩膜层，纯水清洗完，即得到如图2所示的一次腐蚀的蓝宝石图形衬底。
(3)稳定硫酸和磷酸的混合溶液的温度在230℃-300℃，在混合溶液中进行第二次腐蚀，即无掩膜层的腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，取出后用纯水清洗，即得到如图3所示的锥状蓝宝石图形。

Claims (1)

1.一种锥状图形衬底的两次腐蚀制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上利用PECVD沉积0.1μm-1μm的二氧化硅层或氮化硅层，以二氧化硅层或氮化硅层作为掩膜层，利用光刻胶在掩膜层上刻出圆形图形，显影后，刻蚀掩膜层图形，然后按常规方法去掉光刻胶，形成掩膜图形；
(2)配置硫酸和磷酸混合溶液，硫酸和磷酸的体积配比为3∶1-20∶1，将硫酸和磷酸的混合溶液加热到230℃-300℃稳定后，将带有二氧化硅或氮化硅掩膜的衬底放入硫酸和磷酸混合溶液中进行第一次腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，然后取出衬底用去纯水冲洗，然后用常规方法去掉衬底上的二氧化硅或氮化硅掩膜层，再用纯水清洗完，即得到一次腐蚀的蓝宝石图形衬底；
(3)继续稳定硫酸和磷酸的混合溶液的温度在230℃-300℃，将第一次腐蚀完的衬底放入混合溶液中进行第二次腐蚀，即无掩膜层的腐蚀，腐蚀时间为1分钟-30分钟，取出后用纯水清洗，即得到蓝宝石锥状图形衬底。
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