蓝宝石纳米碗阵列图形衬底的制作方法技术

一种蓝宝石纳米碗阵列图形衬底的制作方法，包括如下步骤：1)在蓝宝石衬底表面排列一单层紧密排列的聚苯乙烯球；2)在聚苯乙烯球的间隙填充二氧化硅凝胶；3)加温加热处理，使聚苯乙烯球气化，在二氧化硅凝胶的表面形成二氧化硅纳米碗阵列掩模；4)采用ICP的方法，干法刻蚀或者湿法刻蚀，把二氧化硅纳米碗阵列掩膜转移到蓝宝石衬底上；5)在BOE溶液中进行处理，将蓝宝石衬底表面残留的二氧化硅凝胶去除干净，形成蓝宝石纳米碗阵列图形，完成制作。本方法能降低氮化物外延层中的位错密度，提高外延材料的晶体质量，大大提高出光效率，改善器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种，属于半导体微纳加工

技术介绍
随着第三代半导体GaN的发展，利用GaN基大功率LED作为ー种新型的固体光源的应用越来越广泛。GaN基LED具有功率高，能耗少，寿命长，体积小等一系列优点。目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最常用的衬底之一。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层之间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此氮化物外延层中存在很大的残余应カ和诸多晶体缺陷，影响了裁量的晶体质量，限制了器件光电性能的进ー步提闻。采用图形化蓝宝石衬底技术可以缓解异质外延生长中蓝宝石衬底和氮化物外延层由于晶格失配引起的应力，使之得到有效的弛豫，大大降低氮化物材料中的位错密度，提高器件的内量子发光效率。同时大大増加光的逃逸出射几率。利用本专利技术，制作类光子晶体的有序纳米碗图形衬底。较微米级图形衬底，能降低氮化物外延层中的位错密度，提高外延材料的晶体质量，大大提高出光效率，改善器件的性能，并有利于实现规模化和大面积制作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种，能降低氮化物外延层中的位错密度，提高外延材料的晶体质量，大大提高出光效率，改善器件的性能。本专利技术提供ー种，包括如下步骤I)在蓝宝石衬底表面排列ー单层紧密排列的聚苯こ烯球；2)在聚苯こ烯球的间隙填充ニ氧化硅凝胶；3)加温加热处理，使聚苯こ烯球气化，在ニ氧化硅凝胶的表面形成ニ氧化硅纳米碗阵列掩模；4)采用ICP的方法，干法刻蚀或者湿法刻蚀，把ニ氧化硅纳米碗阵列掩膜转移到蓝宝石衬底上；5)在BOE溶液中进行处理，将蓝宝石衬底表面残留的ニ氧化硅凝胶去除干净，形成蓝宝石纳米碗阵列图形，完成制作。其中在蓝宝石衬底排列的为ー单层紧密排列的聚苯こ烯球，是采用自组装技术形成，聚苯こ烯球的直径为O. 1-lum。其中聚苯こ烯球是ニ氧化硅球。其中加温加热处理的温度为400-600°C左右，时间为10-30min。其中采用ICP干法刻蚀，刻蚀气体为Cl基气体，起辉功率为450w，溅射功率为75w，时间为 800-1000S。其中采用湿法刻蚀，先置于质量比为30%的NaOH溶液中，常温5min处理，使得纳米碗底部充分通孔；或者用ICP刻蚀，刻蚀气体为氟基气体，刻蚀深度为10nm，使得纳米碗底部充分通孔，再用体积比为3 I的硫酸和磷酸的混合液，温度为260°C，刻蚀时间为I-IOmin0其中用BOE溶液处理的时间为100-300S。附图说明为使审查员能进ー步了解本专利技术的结构、特 征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中图I在蓝宝石衬底表面排列聚苯こ烯(PS)球，填上ニ氧化硅凝胶后的截面图，其中10为蓝宝石衬底，11为ニ氧化硅凝胶，12为聚苯こ烯球；图2去除聚苯こ烯球后形成ニ氧化硅纳米阵列掩膜的俯视图(扫描电镜照片)，其中10为蓝宝石衬底，经过加温加热处理后的ニ氧化硅凝胶11 ；图3蓝宝石图形衬底上的纳米碗阵列(扫描电镜照片)，30为蓝宝石纳米碗阵列图形；具体实施例方式请參阅图I至图3所示，本专利技术ー种，包括如下步骤步骤I :在蓝宝石衬底10表面排列ー单层紧密排列的聚苯こ烯(PS)球12 (图I)，PS球直径为O. Ι-lum，也可以是ニ氧化硅球，其它无机球与有机高分子球。这里的衬底可以是其它III/V族，和II/VI化合物半导体衬底。步骤2 :在聚苯こ烯球12的间隙填充ニ氧化硅凝胶11 (图I)，用甩胶机匀胶，先100-500转/min，时间为l_5s，再1000-8000转/min，时间为10_30s，使ニ氧化硅凝胶11均匀填充至聚苯こ烯球12间隙(图I)，这里也可以用ニ氧化钛凝胶。步骤3 :加温加热处理，温度为400_600°C左右，时间为10_30min，使聚苯こ烯球气化，形成纳米碗阵列ニ氧化硅掩膜11 (图2)。步骤4 :采用ICP的方法，干法刻蚀或者湿法刻蚀，刻蚀气体为Cl基气体，起辉功率为450w，溅射功率为75w，时间为600-1000S，把纳米碗阵列结构转移到蓝宝石衬底10上(图 3)。ICP干法刻蚀也可用湿法刻蚀代替。方法如下先置于质量比为30%的NaOH溶液中，常温5min处理，使得纳米碗底部充分通孔；或者用ICP刻蚀，刻蚀气体为氟基气体，刻蚀深度为IOnm左右，使得纳米碗底部充分通孔。步骤5 :完成ICP干法刻蚀或湿法刻蚀后，再用在BOE溶液中进行处理，硫酸和磷酸的混合液(体积比3 I)，温度为260°C，刻蚀时间为IOmin左右，将蓝宝石衬底10表面残留的ニ氧化硅凝胶11去除干净，把纳米碗图形阵列结构转移到蓝宝石衬底10上，形成蓝宝石纳米碗阵列图形30(图3)。以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本专利技术的包含范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。·本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种蓝宝石纳米碗阵列图形衬底的制作方法，包括如下步骤 1)在蓝宝石衬底表面排列ー单层紧密排列的聚苯こ烯球； 2)在聚苯こ烯球的间隙填充ニ氧化硅凝胶； 3)加温加热处理，使聚苯こ烯球气化，在ニ氧化娃凝胶的表面形成ニ氧化娃纳米碗阵列掩模； 4)采用ICP的方法，干法刻蚀或者湿法刻蚀，把ニ氧化硅纳米碗阵列掩膜转移到蓝宝石衬底上； 5)在BOE溶液中进行处理，将蓝宝石衬底表面残留的ニ氧化硅凝胶去除干净，形成蓝宝石纳米碗阵列图形，完成制作。2.根据权利要求I所述的蓝宝石纳米碗阵列图形衬底的制作方法，其中在蓝宝石衬底排列的为ー单层紧密排列的聚苯こ烯球，是采用自组装技术形成，聚苯こ烯球的直径为O.1—lum。3.根据权利要求2所述的蓝宝石纳米碗阵列图形衬底的制作方法，其中聚苯こ烯球是ニ氧化硅球。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴奎，魏同波，闫建昌，刘喆，王军喜，张逸韵，李璟，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：