[发明专利]一种利用高温氧化性气体回收图案化蓝宝石衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种利用高温氧化性气体回收图案化蓝宝石衬底的方法。

背景技术

在发光二极管 (Light Emitting Diode； 发光二极管）及其他光电子器件的制造过程中，蓝宝石衬底的应用日益广泛，其通常分为平整蓝宝石衬底和图案化蓝宝石衬底(Pattern Sapphire Substrate；PSS）。其中，图案化蓝宝石衬底是在平整蓝宝石衬底上，加工出具有一定形状、 且尺寸在微纳米量级的图形数组而制成，它可以显著改善发光二极管外延层的晶体质量，并且能在发光二极管衬底面形成一种散射和反射效果来增加光的取出率，进而显著提高发光二极管芯片的性能， 因此，图案化蓝宝石衬底越来越广泛地应用于发光二极管外延片的生长过程中。 

在发光二极管外延片的生长过程中，常常会产生报废片，为了降低生产成本，需要将这些报废片的外延层去除，回收蓝宝石衬底以重新利用。现有的蓝宝石衬底回收方法主要应用于平整蓝宝石衬底，通常采用机械研磨来去除蓝宝石衬底上的外延层。通常以机械研磨来去除蓝宝石衬底上的外延层，会将蓝宝石衬底移除20至30微米，这会导致重新加工的蓝宝石衬底在外延过程中容易温度不均、容易破片，进而影响外延质量与产品良率。 

若采用机械研磨法来回收图案化蓝宝石衬底，将破坏图案化蓝宝石衬底上的图形数组，无法还原其原有的图案化形貌，所以机械研磨法并不适用于回收图案化蓝宝石衬底，图案化蓝宝石衬底不能重复利用将使得发光二极管的生产成本无法降低。也有人采用蚀刻方式去除蓝宝石衬底表面的外延层，但是，常见的去除蓝宝石衬底表面外延层的蚀刻方式是利用氯气与三氯化硼对外延层进行蚀刻，但这两种成分也同时会对蓝宝石衬底进行刻蚀，所以容易造成图案化蓝宝石衬底被破坏。

发明内容

本发明旨在提供一种利用高温氧化性气体回收图案化蓝宝石衬底的方法，此方法能够解决现有技术中图案化蓝宝石衬底不能重复利用、生产成本高的技术问题。

一种利用高温氧化性气体回收图案化蓝宝石衬底的方法，包括以下步骤：（1）将图案化蓝宝石衬底放置在反应容器内，向反应容器内通入含有氧气的高温氧化性气体，氧化性气体的压力为0.1~1个大气压、温度为900~1100℃，对图案化蓝宝石衬底表面的外延层进行氧化分解，至外延层的厚度为0.5~1微米；（2）增大氧化性气体压力至1.1~5个大气压，温度降低至700~900℃继续对图案化蓝宝石衬底上之外延层进行氧化分解，直至将图案化蓝宝石衬底表面的外延层分解干净。

本发明不仅可快速将蓝宝石衬底上的外延层去除，同时也可以避免蓝宝石衬底图案的变形。此外，外延层中的金属镓因形成氧化镓而被保留下来，避免金属镓的浪费。

为了对去除外延层后残留在图案化蓝宝石衬底上的脏污进行清洗，本发明可做进一步改进：在步骤（2）后增加步骤（3），步骤（3）为将外延层已分解干净的图案化蓝宝石衬底进行震荡清洗，清洗溶液采用酸液，将图案化蓝宝石衬底上的残留的脏污清除干净，其中，酸浓度为0.05~1M。在具体实施过程中，步骤（3）可采用超声波震荡清洗机进行。

其中，步骤（1）中的氧化性气体为纯氧气或氧气与其他惰性气体或氧化性气体组成的混合气体。其他惰性气体可以是氮气、氩气、氯气、氟气等。

步骤（1）中的氧化性气体中氧气的体积百分数为≥50%。当氧气体积百分数低于50%时，则反应速率降低。

其中，步骤（3）中的酸液优选采用硫酸和磷酸的混合液，其中，磷酸与硫酸的体积比为0.5～1.5：2.5～3.5，混合液的总酸浓度为0.05~1M。当然，酸液并不限于为硫酸和磷酸的混合液，但是，使用硫酸和磷酸的混合液的好处是对蓝宝石衬底的腐蚀速率较低，分解反应的进程容易控制，减少对图案化蓝宝石衬底上的图案的损害。

步骤（3）中超声震荡清洗温度优选为20?240°C。在避免对图案化蓝宝石衬底上的图案造成损害的前提下，尽量提高清洗速度和效率。

步骤（3）中超声震荡清洗过程中超声震荡频率优选为20~100 kHz。

具体实施方式