一种利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法技术

本发明专利技术属于LED图形化衬底技术领域，提供一种利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其步骤包括：在单晶衬底上制备出有序的AAO模板，然后使用湿法刻蚀或干法刻蚀将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，最终获得纳米孔道图形化衬底。采用本发明专利技术提供的纳米图形化衬底的制备方法，能够在降低制造成本的同时提高GaN基LED光效。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于LED图形化衬底
，主要涉及一种图形化衬底的制备方法。
技术介绍
：图形化衬底是目前商业化应用较广的衬底技术，它不但能提升GaN基LED外延层的晶体质量而且可以改变外延层内的光路从而提高发光强度。但是PSS制程需要用到光刻技术，其核心设备光刻机价格昂贵，并且光刻技术的图形缺陷较多(如图形缺失、图形均匀性不佳等)，这些因素都限制了图形化衬底技术的发展。AAO(Anodic Aluminum Oxide)模板也称多孔阳极氧化铝模板，这种材料可自组织生长成纳米级密排柱形的孔道结构。通过控制氧化条件(如电解液、氧化电压、温度等)可以得到十几纳米到几百纳米孔径范围的有序AAO模板。由于其价廉，制备工艺简单，以及有序的多孔结构和多样的组装方法，成为目前生长纳米量子点、纳米线及纳米管材料的有效模板。目前，AAO尚未见应用于LED图形化衬底技术。
技术实现思路
：本专利技术提出一种新型纳米图形化衬底的制备方法，旨在降低制造成本的同时提高GaN基LED光效。本专利技术的技术方案如下：一种利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，首先在单晶衬底上制备出有序的AAO模板，然后使用湿法刻蚀或干法刻蚀将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，最终获得纳米孔道图形化衬底。上述衬底可以是蓝宝石单晶衬底，也可以是单晶硅衬底。基于以上方案，本专利技术还进一步作如下优化：在单晶衬底上制备出有序AAO模板的过程具体包括以下步骤：1)在单晶衬底上物理溅射或热蒸镀一层高纯铝膜，然后高温退火，清洗、甩干；2)对铝膜进行一次阳极氧化，然后溶解去除氧化层，在铝膜表面留下有序的凹坑；其中阳极氧化过程中的电解液采用硫酸、草酸、磷酸、硌酸或其中任意两种酸液的混合液；3)对铝膜进行二次阳极氧化，直至将铝膜全部氧化，即得有序AAO模板。进一步的参数优化：步骤1)中所述高纯铝膜的厚度为2～10μm；若采用物理溅射工艺，则靶材纯度为99.99％的高纯铝靶，溅射温度80～150℃；若采用热蒸镀工艺，则蒸料选用纯度为99.99％的高纯铝，蒸发温度1000～1200℃。步骤1)所述高温退火的温度为300～350℃，时间1～2h；退火后，使用H2SO4(98％)：H2O2(30％)＝3:1～4:1混合液清洗，甩干。步骤2)中一次阳极氧化的工艺为：采用浓度0.3～0.8mol/L硫酸作为电解液，氧化电压为10～25V，温度为0～5℃，氧化时间2～7h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L草酸作为电解液，氧化电压为25～170V，温度为0～5℃，氧化时间3～5h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L磷酸作为电解液，氧化电压为185～195V，温度为0～5℃，氧化时间1～2h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L硌酸作为电解液，氧化电压为40～50V，温度为10～20℃，氧化时间0.5～2h；一次阳极氧化完成后，采用质量分数为3～10％的H3PO4和质量分数为1～5％的H2CrO4的混合溶液，在40～80℃、3～5h反应溶解掉Al2O3薄层。步骤3)中二次阳极氧化的工艺为：采用浓度0.3～0.8mol/L硫酸作为电解液，氧化电压为10～25V，温度为0～5℃，氧化时间2～4h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L草酸作为电解液，氧化电压为25～170V，温度为0～5℃，氧化时间3～8h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L磷酸作为电解液，氧化电压为185～195V，温度为0～5℃，氧化时间0.5～1h；或者，采用浓度0.3～0.8mol/L硌酸作为电解液，氧化电压为40～50V，温度为10～20℃，氧化时间0.5～2h。若采用湿法刻蚀的工艺将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，则具体为：采用H2SO4：H3PO4＝3：1～4：1混合液，200～300℃,刻蚀时间10～20min。若采用干法刻蚀的工艺将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，则具体为：ICP或RIE，刻蚀气体为30～100sccm的BCl3和50～100sccm的CHF3，刻蚀速率控制在50～66nm/min，刻蚀时间为20～30min。上述AAO模板的纳米孔道形状为柱形孔或是上大下小的V型孔，孔道尺寸为：孔径50～700nm，孔深0.5～2μm。对于V型孔，这里的“孔径”指的是V型孔上端面的(最大)孔径。其中，V型孔AAO模板的制备工艺基于前述一次阳极氧化和二次阳极氧化的条件，采用阶梯降压法，即所述一次阳极氧化和二次阳极氧化过程中均按照0.5～2V的降幅逐步降压，直至电压降为0V停止，最终得到V型孔AAO模板。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术不仅避免了昂贵的光刻技术及光刻制程的低成品率，降低了制造成本，提高了生产效率；而且由于阳极氧化及湿法腐蚀对样品的尺寸均无特别限制，因此可变换衬底尺寸，提高产能；此外，纳米图形化衬底可有效提高反光面积，在生长GaN外延层后，有利于光在外延层中的多次反射，从而改变光路提高外量子效应。附图说明：图1为传统PSS制备流程图，采用匀胶、曝光、显影以及ICP等工艺，可制备出具有特定形状、尺寸的图形化蓝宝石衬底。图2为本专利技术的一个实施例流程图。具体实施方式：以下结合图2，详细说明本专利技术的较佳实现工艺：1、在Al2O3单晶衬底上物理溅射或热蒸镀一层厚度为2～10μm的铝层，靶材选用纯度为99.99％的高纯铝靶，溅射温度80～150℃，蒸发温度1000～1200℃。2、接着对长有铝膜的衬底片进行高温退火，退火温度300～350℃，时间1～2h。退火后对衬底片使用H2SO4(98％)：H2O2(30％)＝3:1～4:1混合液清洗，甩干。3、对长有铝薄层的衬底片进行一次阳极氧化，采用浓度为0.3～0.8mol/L硫酸为电解液，氧化电压为10～25V，温度0～5℃，氧化时间2～7h。(若采用浓度0.3～0.8mol/L草酸为电解液，氧化电压为25～170V，温度为0～5℃，氧化时间3～5h；若采用浓度0.3～0.8mol/L磷酸为电解液，则氧化电压为185～195V，温度0～5℃，氧化时间1～2h；若采用浓度为0.3～0.8mol/L硌酸，氧化电压为40～50V，温度为10～20℃，氧化时间0.5～2h。)4、用质量分数为3～10％的H3PO4和质量分数为1～5％的H2CrO4的混合溶液，在40～80℃，3～5h反应溶解掉Al2O3薄层，在铝膜表面得到有序凹槽。5、接着进行二次阳极氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于：在单晶衬底上制备出有序的AAO模板，然后使用湿法刻蚀或干法刻蚀将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，最终获得纳米孔道图形化衬底。

【技术特征摘要】
1.一种利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于：在单晶衬底上制备
出有序的AAO模板，然后使用湿法刻蚀或干法刻蚀将AAO模板的孔道复制到单晶衬底上，
最终获得纳米孔道图形化衬底。
2.根据权利要求1所述的利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于，
其衬底为蓝宝石单晶衬底或单晶硅衬底。
3.根据权利要求1所述的利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于，
在单晶衬底上制备出有序AAO模板的过程包括以下步骤：
1)在单晶衬底上物理溅射或热蒸镀一层高纯铝膜，然后高温退火，清洗、甩干；
2)对铝膜进行一次阳极氧化，然后溶解去除氧化层，在铝膜表面留下有序的凹坑；
其中阳极氧化过程中的电解液采用硫酸、草酸、磷酸、硌酸或其中任意两种酸液的混合
液；
3)对铝膜进行二次阳极氧化，直至将铝膜全部氧化，即得有序AAO模板。
4.根据权利要求3所述的利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于：
步骤1)中所述高纯铝膜的厚度为2～10μm；物理溅射工艺的靶材纯度为99.99％的高纯铝
靶，溅射温度80～150℃；热蒸镀工艺的蒸料选用纯度为99.99％的高纯铝，蒸发温度
1000～1200℃。
5.根据权利要求3所述的利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于：
步骤1)所述高温退火的温度为300～350℃，时间1～2h；退火后，使用H2SO4(98％)：
H2O2(30％)＝3:1～4:1混合液清洗，甩干。
6.根据权利要求3所述的利用AAO模板制备纳米图形化衬底的方法，其特征在于，
所述步骤2)中一次阳极氧化的工艺为：
采用浓度0.3～0.8mol/L硫酸作为电解液，氧化电压为10～25V，温度为0～5℃，氧
化时间2～7h；
或者，采用浓度0.3～0.8mol/L草酸作为电解液，氧化电压为25～170V，温度为0～
5℃，氧化时间3～5h；
或者，采用浓度0.3～0.8mol/L磷酸作为电解液，氧化电压为185～195V，温度为
0～5℃，氧化时间1～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩沈丹，黄宏嘉，
申请(专利权)人：西安神光安瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61