[发明专利]高效率、低成本、大面积图形化蓝宝石衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图形化蓝宝石衬底的制备方法，尤其是涉及一种高生产效率、低成本、大面积的用于氮化物处延生长的图形化蓝宝石衬底的制备方法。

背景技术

近年来高亮大功率氮化物发光二极管（LED）深受重视，其广泛应用于交通信号灯、LCD背光源、固态照明、全彩显示屏等。这些商业产品要求LED在亮度和发光效率方面具有优良的性能。蓝宝石具有化学和物理性质稳定、透光性好、成本合适等优点，因此广泛被用于氮化物外延衬底。但由于氮化物外延薄膜与底部的蓝宝石衬底存在巨大差异的晶格常数失配和热膨胀系数失配，所以利用氢化物气相外延（HVPE）、金属有机物化学气相淀积（MOCVD）、分之束外延（MBE）等外延生长的氮化物外延薄膜，会在氮化物外延薄膜产生高的线位错密度，这种高的线位错密度将影响外延薄膜的光学和电学特性，导致器件的可靠性和内量子效率降低。采用蓝宝石图形衬底技术可以缓解由于氮化物外延薄膜与底部的蓝宝石衬底存在巨大差异的晶格常数失配和热膨胀系数失配而引起的应力，使应力得到有效的弛豫，可以有效的降低氮化物外延薄膜中的的线位错密度。图形化蓝宝石衬底，区别于普通的平片蓝宝石衬底。它是在外延级平整的蓝宝石基片上制作周期性的起伏图形。图形化蓝宝石衬底主要应用于半导体蓝、绿、白光LED的外延芯片上，可以大幅度提高LED芯片亮度，大幅度提高芯片的功率和散热效率，正成为半导体照明产业的主流衬底。对蓝宝石衬底进行合理的图形化预处理，实现其侧向外延生长，进而减小其扩展到多量子阱生长层中的缺陷，从而提高LED器件的发光效率，同时改善出光方式，是高亮度LED领域发展和研究的必然趋势，有着重要的理论和实际价值。

目前，一般采用刻蚀蓝宝石基片的方法制备蓝宝石图形衬底，刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀是先在蓝宝石基片上制备一层掩膜层，根据需要刻蚀掉部分掩膜层，再利用合适的化学试剂先将未被掩膜层覆盖的晶片部分分解，然后形成可溶性的化合物以达到去除的目的。这种刻蚀技术主要是借助刻蚀液和晶片材料的化学反应，因此可以借助化学试剂的选取、配比以及温度的控制来达到合适的刻蚀速率和良好的刻蚀选择比。湿法刻蚀的优点是程序单一，设备简单，而且成本低，生产效率高，并且具有良好的刻蚀选择比。但是，湿法刻蚀一般是各向同性的，在把光刻图形转移到晶片上的同时，刻蚀不仅纵向进行，也会向着横向进行。这样会使图形失真，甚至使线宽失真。

国际上对于蓝宝石图形衬底的刻蚀多采用的是干法刻蚀技术，但由于蓝宝石基片的高硬度及耐强酸特性导致其在器件制作时常面临着切割、抛光和器件隔离等困难，因此逐步采用离子束刻蚀（IBE）、激光辅助化学腐蚀（LAE）、离子注入化学腐蚀和感应耦合等离子体（ICP）等技术来取代机械加工技术，其中ICP干法刻蚀技术以其具有能够分别控制等离子体密度和离子轰击能量，适于辉光放电时自动匹配网络等优点而大量采用。但是，干法刻蚀容易对蓝宝石基片表面，特别是台面边缘部位，造成一定的污染和损伤，不利于外延层晶体质量的进一步提高。

由于投影光学系统固有的光学特性，如何利用现有工艺和设备进行分辨率和焦深这两个矛盾参数的选择，成为光学光刻技术面临的一个主要问题，而且引起新光源、光刻胶、掩模、工艺、透镜材料与设计等诸多问题需要解决。过去十几年，在缩短曝光波长、增大光学系统数值孔径方面的努力，再加上相移掩模离轴照明、邻近效应校正等增强光刻分辨率技术，无论是在提高分辨率和增大焦深两方面都取得了很好的成果。但是由于分辨力和焦深之间的矛盾，使得光刻技术存在极限。基于粒子聚焦的光刻，无论是离子束光刻还是电子束光刻，尽管具有足够高的分辨率，并且通过移动工件台，可以取得相对较大的曝光视场，但缓慢的曝光速度限制了在低成本、大批量生产制造过程中的应用。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种可避免图形失真和不损伤蓝宝石基片的高效率、低成本、大面积图形化蓝宝石衬底的制备方法，包括如下几个步骤：

步骤A: 在光栅结构图形硬模板上旋涂甲苯(toluene)稀释的PDMS；

步骤B: 在甲苯稀释的PDMS上涂覆PDMS预聚物，将80μm至120μm的PDMS板压在PDMS预聚物表面，接着进行加热固化;

步骤C: 脱模，获得PDMS软压印模板；

步骤D:在蓝宝石基片的一个面上磁控溅射金属铝膜,接着在金属铝膜上施涂紫外固化胶，烘干，然后采用PDMS软压印模板对紫外固化胶进行紫外纳米软压印；

步骤E: 脱模，获得紫外固化胶图形;