[发明专利]一种氮化物外延生长用图形衬底的制作方法

说明书

技术领域

 本发明涉及光电技术领域，尤其是用纳米压印（nanoimprinting）方法制造图形衬底的方法。

背景技术

以GaN材料为代表的III-V族氮化物半导体材料，在紫外/蓝光/绿光LED、激光器、光电探测器，以及在高温高频大功率电子器件领域有着广泛的应用。目前普遍应用的氮化物器件主要是异质外延在蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC、硅Si、氧化锌ZnO或者砷化镓GaAs衬底上，或同质外延生长在自支撑氮化镓GaN衬底上。

除了自支撑氮化镓衬底外，其它衬底材料和III-V族氮化物材料之间都存在很大的晶格常数失配和热膨胀系数的差异，晶格常数和热膨胀系数的差异，使得氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多的晶体缺陷，严重影响了材料的晶体质量，进而限制了III-V族氮化物器件性能的提高。另外，对于氮化物发光二极管器件，由于氮化镓GaN和空气间存在较大的折射率差异，光的出射角很小，绝大部分光被全反射回到发光二极管器件的内部，这既降低了光的提取效率又增加了散热的难度。

为此，人们普遍采用图形化衬底技术来缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长过程中由于晶格失配带来的应力，使外延层得到有效的弛豫，同时采用侧向生长技术（Epitaxial Lateral Overgrowth；ELOG）和横向磊晶法（Lateral Epitaxial Pattern Substrate；LEPS）来减少外延层中的穿透位错密度，从而降低氮化物外延层材料中的缺陷密度，提高了材料的晶体质量，如已公开专利US 6,870,193、CN 1209793C。采用图形化衬底技术同时是一个有效提升氮化物发光二极管器件发光效率的方法，如美国专利US 6,870,193，该专利所公开的技术是一种具备凹部或凸部结构的形成于衬底上的半导体发光元件，与平坦衬底情况相比较，此种结构的光在半导体层的横向传播时，光刻通过凹部或凸部产生散射或绕射的效果，可以大幅度发光二极管的光提取效率。

现有技术中，图形化衬底的制作大都采用传统的光刻技术制备出光刻图形，然后以光刻胶、二氧化硅SiO2、氮化硅SiN或金属（一般为Ni）层位掩膜，再利用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法对衬底刻蚀出图形化结构，一般的图形尺寸在微米量级。如已公开中国专利CN 100563036C、CN 101330002A、CN 101345274A、CN 101826583A等。与微米级的图形相比，纳米级的图形衬底技术会更能有效的弛豫外延层异质外延生长过程中的应力，更大程度的提高外延材料的晶体质量，并且纳米级的图形化衬底更有利于光取出效率的提高，如已公开中国专利CN 100587919C、CN101640169A等。然而纳米级图形衬底制备所用的光刻技术需用昂贵的设备，工艺也更复杂，成本较高，良率低，不适于大规模量产使用。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氮化物外延生长用图形衬底的制作方法。该制作方法不需要光刻工艺，具有制作步骤少、工艺简单、成本低、适于大规模量产的特点；可以有效降低氮化物外延层中的穿透位错密度，提高外延层材料的质量，进而提高氮化物器件的性能；可以有效提高氮化物发光二极管器件的光提取效率。

为了达到以上目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种氮化物外延生长用图形衬底的制作方法，该方法包括以下步骤：

    1）在衬底上均匀涂布一层抗蚀剂；

    2）将预先形成图形的压印模板压到抗蚀剂上；

3）采用物理或者化学的方法使抗蚀剂硬化，并移除压印模板；

4）对形成图形的抗蚀剂的表面实施灰化处理，去除部分抗蚀剂使得此部分的衬底暴露出来，抗蚀剂在衬底上形成抗蚀剂掩膜；

5）将抗蚀剂上的图形转移到衬底上；

6）去除抗蚀剂掩膜，完成对衬底的图形化制作。

在上述制作方法中，所述衬底采用蓝宝石Al2O3、碳化硅SiC、硅Si、氧化锌ZnO、砷化镓GaAs或者自支撑氮化镓GaN中的一种。

在上述制作方法中，所述抗蚀剂采用有机聚合物、光硬化树脂、热塑性树脂或者溶胶-凝胶材料。

在上述制作方法中，所述压印模板采用石英材料、环氧树脂或者硅胶材料，将压印模板压到抗蚀剂上采用纳米压印的方法。

在上述制作方法中，所述使抗蚀剂硬化采用紫外光光辐射的方法。

在上述制作方法中，所述对抗蚀剂表面进行灰化处理采用刻蚀的方法。