[发明专利]一种微米级尺寸图形化蓝宝石衬底的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于半导体器件制造领域，更具体而言，属于发光二极管用图形化蓝宝石衬底制造领域，具体涉及一种微米级尺寸图形化蓝宝石衬底的制备方法。

背景技术：

随着LED在通用照明领域占有率逐年提升，市场对LED芯片性能的要求也随之增加，高亮度LED芯片需求越来越大。目前高亮度LED产品主要有倒装结构芯片和垂直结构芯片，然而这两种产品其工艺复杂度和制造成本相对水平结构芯片而言过高，导致其虽然在高端领域逐步替代大尺寸水平结构LED产品占有较高比例，但由于成本因素影响阻碍其向更大规模中低端应用领域的推广。为缓解这种局面，当前水平结构LED芯片普遍会采用图形化蓝宝石衬底外延生长技术，利用图形化蓝宝石衬底技术一方面可以改善外延晶体质量减少缺陷从而降低其非辐射复合比例，提升器件的IQE内量子效率，另一方面图形化蓝宝石衬底起到反射作用，使有源区朝向图形化蓝宝石衬底的发光反射回出光面被取出，增加器件的EQE外量子效率。当前图形化蓝宝石衬底加工主要有湿法刻蚀和干法刻蚀两种方式，但无论哪种方式都需要配置曝光精度低于微米级的步进式光刻机及与其配套的全自动匀胶、显影设备，即利用光刻胶以及硬质刻蚀掩膜如氧化硅在蓝宝石表面制备出所需的尺寸图形，然后分别使用高温腐蚀液或者等离子干法刻蚀方式对蓝宝石进行加工获得图形化蓝宝石衬底。然而仅光刻系统的设备总投资就超过数百万元，且要使用该光刻系统还需要百级以上净化环境，这也增加了建设投资和动力资源消耗。因此本发明提供一种相对简单的图形化衬底加工技术，节省了厂房建设和设备投资，同时还可以减少动力消耗成本，适合大规模低成本大尺寸图形化蓝宝石衬底的生产。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种微米级尺寸图形化蓝宝石衬底的制备方法，采用该制备方法可以避免利用高精度光刻技术制备衬底图形方案带来的厂房和设备投资大、生产成本较高、制造周期较长的问题，采用激光加工的方式，并结合高温湿法蚀刻工艺就可以实现微米级尺寸PSS蓝宝石衬底达成良好重复性和规模化生产目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种微米级尺寸图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：

1)在镜面蓝宝石衬底上利用激光加工方式形成激光烧蚀改质区域，其余为未处理蓝宝石区域；

2)在步骤1)中未处理蓝宝石区域利用激光加工方式形成具有预期轮廓的改质层；

3)利用高温湿法腐蚀清洗去除激光烧蚀改质区域和具有预期轮廓的改质层，最终获得预期设计图案的图形化蓝宝石柱体。

本发明进一步的改进在于，镜面蓝宝石衬底包括极性c-面，半极性或非极性m-面，r-面，以及a-面的蓝宝石材料。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，该激光烧蚀改质区域是依照预期图形设计需要，利用激光加工方式在蓝宝石其表面加工形成的规则或不规则图形，其间隔为几微米至数十微米，且宽度为几微米至数十微米的，其深度通过激光能量调节和定位聚焦使其控制在几微米至数十微米，其形状是相互平行直线沟槽，或以不同角度相互交叉多道直线沟槽。

本发明进一步的改进在于，激光加工方式是激光烧蚀、高能脉冲激光定位聚焦辐照中的一种。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，利用计算机编程控制，对未处理蓝宝石区域用激光加工出预期设计形状轮廓的改质层，其轮廓形状为多角锥面、圆锥面、球面、椭球面中的一种，且该具有预期轮廓的改质层中至少有10％与外界环境相连通。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，利用高温湿法腐蚀清洗去除激光烧蚀改质区域和具有预期轮廓的改质层中，所腐蚀液体系为磷酸、硫酸或磷酸-硫酸混合体系中的一种，且腐蚀溶液温度高于100℃。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种微米级尺寸图形化蓝宝石衬底的制备方法，该制备方法舍弃了高精度光刻制备图形技术带来的设备和工艺环境较高投资，以及生产周期较长等问题，利用定位精度达到1微米级别的激光加工设备，通过烧蚀或脉冲辐照形成改质区域，获得蓝宝石材料的非晶/多晶-单晶界面，利用该界面存在湿法腐蚀速率差异的原理，加工出预期设计的图形化蓝宝石衬底，该方法适合于规模化快速生产。

附图说明：

图1是本发明实施例1的图形化衬底示意图，其中，图1(a)为镜面蓝宝石衬底上激光烧蚀改质加工图，图1(b)为镜面蓝宝石衬底激光烧蚀改质区域清洗后结构图；