[发明专利]对称六角星形图形化蓝宝石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石的制备方法。

背景技术

LED(Light-EmittingDiode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有耗电量少、寿命长、可控性强等特点，且在生产和使用过程中不涉及汞等有害物质，可以大幅度减少废旧灯具对环境造成的污染。采用低压直流供电，没有红外、紫外辐射危害，是真正的绿色、健康的照明光源，目前其产品的照明光效已经超过了普通的白炽灯、荧光灯等传统光源。

蓝宝石单晶拥有许多独特的物理化学性能，是重要的电子、陶瓷、催化用氧化物材料，在这些应用中，蓝宝石作为制备LED所需的衬底材料，在普通蓝宝石生长的氮化镓，大量位错缺陷从底部向上传播。生长在沟槽型蓝宝石衬底(深度1μm)上的氮化镓，氮化镓层在蓝宝石衬底顶部进行侧向生长，在图形侧壁上两个生长前沿边界合并时形成了一些空洞。氮化镓在PSS上的异质结构的侧向生长区域位错弯曲了90°，位错没有传播到氮化镓层的表面，从而增强氮化镓基发光二极管(LED)的发光性能。

蓝宝石单晶的图形化衬底制作方法主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀，目前湿法刻蚀成本较低，且容易在蓝宝石表面制得具有倾斜面的图形，干法刻蚀容易对蓝宝石衬底表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，其中部分位错将延伸到上层侧向外延层中，不利于外延层薄膜质量的进一步提高，也不能在蓝宝石表面制备出具备多种晶面的图形化蓝宝石衬底。

发明内容

本发明的目的是为了解决干法刻蚀在蓝宝石表面难以制作具备多种晶面的图形化蓝宝石衬底的问题，提供了一种对称六角星形图形化蓝宝石的制备方法。

对称六角星形图形化蓝宝石的制备方法是通过以下步骤实现的：

一、预处理：在室温下，将圆锥形图形化蓝宝石片置于无水乙醇中浸泡5～12h，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干；

二、将经步骤一处理后的圆锥形图形化蓝宝石片置于石英花篮中，将石英烧杯中混合溶液A升温至150～200℃，其中混合溶液A为磷酸和硫酸的混合液，其中磷酸与硫酸的体积比为1∶(2.8～5.2)，将载有圆锥形图形化蓝宝石片的石英花篮放入石英烧杯中，刻蚀200～350min；

三、将经步骤二处理后的圆锥形图形化蓝宝石片从石英烧杯中取出，然后用去离子水冲洗圆锥形图形化蓝宝石片，再氮气吹干，即得对称六角星形图形化蓝宝石。

本发明的对称六角星形图形化蓝宝石的制备方法的每个步骤中采用的容器不能与使用的溶液发生反应。例如采用高纯石英容器。

本发明的步骤二中使用的硫酸、磷酸均为市售产品。

本发明的步骤一至步骤三中使用的石英产品，均为美国GE石英材料制成。

本发明的对称六角星形图形化蓝宝石的制备方法能有效地将圆锥形图形化蓝宝石转化为对称六角星形图形化蓝宝石，且生成的对称六角星形图形化蓝宝石规则有序，重复性好。采用的设备简单，操作方便，易于掌握，过程安全、无污染。

六角星形图形化蓝宝石衬底，这是一种首次制备出的新型图形形状的蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底表面制备出结构统一、规则的蓝宝石图形，可以明显的增强以此为衬底制备出的LED的性能。

蓝宝石图形衬底作用：使光线在氮化镓外延薄膜与蓝宝石衬底的界面发生散射，使本应内部全反射的大量光子，被提取出来，增强LED发光性能；蓝宝石表面周期性图形的存在，使得沉积在图形化蓝宝石表面的氮化镓在合并过程中，发生位错弯曲，提高氮化镓层晶体质量，从而增强LED灯性能。

六角星形蓝宝石衬底表面图形规则有序，包含两种以上的晶面，对LED灯内部产生的光线能很好的反射作用，改变入射光子角度，从而提高LED灯出光效率。

本发明的有益效果是：

(1)针对蓝宝石单晶的结构稳定，难以刻蚀和破坏共价键等特点，本发明确定了湿法刻蚀所用溶剂的顺序及物质配比，采用本发明的刻蚀方法能够得到表面有序的对称六角星形图形化蓝宝石。

(2)对圆锥形图形化蓝宝石进行预处理(步骤一)，利用蓝宝石单晶在无水乙醇中浸泡处理，此步去除的主要为与表面结合较弱的污染物。去离子水冲洗，氮气吹干，防止蓝宝石片上留下水渍。

(3)步骤二和步骤三中使用的石英容器，是具有特定功能结构。

(4)步骤二中利用硫酸和磷酸的强腐蚀性，去破坏蓝宝石的共价键，对不同晶面进行不同速率的刻蚀，从而在蓝宝石表面刻蚀出对称六角星形图形。

(5)步骤三中采用硫酸和磷酸的混合溶液加热处理，可以有效的增加蓝宝石表面的刻蚀速率。