一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于LED紫外消杀技术领域，提供了一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法,高亮度的纳米图形衬底结构包括蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的表面具有若干圆台状结构，若干圆台状结构呈周期排列设置，且圆台状结构的高度为350nm

【技术实现步骤摘要】
一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及LED紫外消杀
，尤其涉及一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]在LED外延工艺中，由于蓝宝石衬底材料与外延材料从晶格常数、热胀系数到折射率都相差很大，这些物理性质的差异导致衬底上生长的外延材料质量不高，致使LED内量子效率（IQE）受到限制，从而影响外量子效率（EQE）以及光效的提高。为了提高LED的光效，图形化蓝宝石衬底（PatternedSapphire Substrate, PSS）技术被引入。
[0003]图形化蓝宝石衬底是一种以图案作为诱发外延薄膜侧向生长的平台，从而改善外延晶体的质量，同时用图案充当光纤反射层以提升光提取效率的技术。图形化蓝宝石衬底能够提高LED效率的原因在于，一方面其能够有效的减少位错密度，减少外延生长缺陷，提升外延片品质，减小有源区的非辐射复合，提高内量子效率；另一方面其增加了光子在GaN与蓝宝石界面处的反射次数，使光子逸出LED有源区的几率增加，从而提高了光的提取效率，使得PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高。
[0004]随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对PSS衬底的研究也逐渐增多。常规蓝光LED在PSS上的生长材料以GaN为主，AlN只作为缓冲层，生长过程使用的Al组分较少，现有技术中为了提高GaN的晶体质量，通常在PSS表面设计周期为微米级（3um左右）的锥形图形。而对于发紫外光的UVC
‑
LED来说，其在PSS上的生长材料则以AlN/AlGaN为主，生长过程Al的组分含量极高，仅P层为GaN材料。由于AlN/AlGaN生长过程中Al原子的粘附性远大于GaN生长过程中Ga原子的粘附性，因此在外延生长过程中，Al原子的表面迁移距离远小于Ga原子，需要对相关工艺进行优化以弥补AlN横向生长迁移能力的不足，可行的方法是缩小图形化衬底的图形尺寸，最好是到纳米级。
[0005]目前的纳米图形化衬底，其图形均为倒锥形凹坑结构，如专利号为202111637650.3公开的一种适用于UVC
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LED的纳米级图形化蓝宝石衬底结构及制作方法，虽能够减少外延缺陷，提高晶体质量，但在实际生产加工过程中，凹坑内部的形貌难以控制，光线进入后很难逃出，导致芯片端光的提取效率下降，实际应用中对UVC芯片亮度的提高有限。

技术实现思路

[0006]为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本专利技术人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本专利技术。
[0007]具体而言，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种高亮度的纳米图形衬底结构及其制备方法，以解决目前的纳米图形化衬底，其图形均为倒锥形凹坑结构，凹坑内部的形貌难以控制，光线进入后很难逃出，导致芯片端光的提取效率下降，UVC芯片的亮度有限的技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种高亮度的纳米图形衬底结构，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的表面具有若干一体成型的圆台状结构，若干所述圆台状结构呈周期排列设置，且所述圆台状结构的高度为350nm
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700nm，所述圆台状结构的顶部直径为400nm
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600nm，所述圆台状结构的侧壁与底边间的夹角为40
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60
°
。
[0009]作为一种改进的技术方案，所述蓝宝石衬底的表面开设有截面为倒梯形的沟槽，所述沟槽将所述蓝宝石衬底的表面分割为呈周期排列设置的若干所述圆台状结构，且所述圆台状结构的排列周期为1000nm。
[0010]本专利技术同时公开了一种高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法，包括如下步骤：S1、提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底的表面设置一层耐酸腐蚀的薄膜，形成第一掩膜层；S2、在所述第一掩膜层的表面设置一层压印胶层；S3、采用纳米压印技术，对所述压印胶层进行压印并固化，获得呈柱状结构周期排列的第二掩膜层；S4、采用等离子体干法刻蚀技术对步骤S3所得结构进行刻蚀，刻蚀气体选用BCl3和CHF3的混合气体，刻蚀至在所述蓝宝石衬底上形成凹陷结构；S5、采用有机溶剂对步骤S4所得结构进行处理，去除剩余的所述第二掩膜层，制得胚体；S6、采用高温酸腐蚀技术对所述胚体进行腐蚀，将所述蓝宝石衬底上的凹陷腐蚀至深度为350nm
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700nm的沟槽，沟槽的槽面倾角为40
‑
60
°
；S7、采用剥离液对步骤S6所得结构进行处理，去除剩余的所述第一掩膜层，得到所述高亮度的纳米图形衬底。
[0011]作为一种改进的技术方案，步骤S1中，选取一平片蓝宝石衬底，对所述蓝宝石衬底进行清洗，清洗至表面洁净后，采用等离子体增强化学气相沉积的方法在所述蓝宝石衬底的表面生长一层SiO2薄膜，形成所述第一掩膜层，且所述第一掩膜层的厚度为50nm
‑
200nm。
[0012]作为一种改进的技术方案，步骤S2中，所述压印胶层为丙烯酸型紫外压印胶，压印胶采用旋涂法涂覆于所述第一掩膜层的表面，且所述压印胶层的厚度为200nm
‑
600nm。
[0013]作为一种改进的技术方案，步骤S3中，采用紫外纳米压印技术，将涂覆有所述压印胶层的结构放入紫外纳米压印机，采用表面具有盲孔结构的转印模板对所述压印胶层进行压印，压印温度为60
‑
75
°
C，然后采用紫外曝光的方式对压印胶进行固化，紫外曝光时间为30
‑
40s，压印胶固化后，取下所述转印模板，获得所述第二掩膜层，且所述第二掩膜层的柱状结构的直径为300nm
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700nm，高度为300nm
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700nm，排列周期为1000nm。
[0014]作为一种改进的技术方案，步骤S4中，将带有所述第二掩膜层的结构放入感应耦合等离子体刻蚀机中，进行干法刻蚀加工，所使用的刻蚀气体为BCl3与CHF3的混合气体，且CHF3与BCl3的流量比为0
‑
10%；刻蚀加工时，第一刻蚀阶段，对所述第二掩膜层和所述第一掩膜层未被所述第二掩膜层覆盖的部分进行刻蚀，至所述第一掩膜层未被所述第二掩膜层覆盖的部分被完全刻蚀掉；继续刻蚀至进入第二刻蚀阶段，对所述第二掩膜层、暴露出的所述蓝宝石衬底部
分进行刻蚀，刻蚀至在所述蓝宝石衬底上形成凹陷结构，且所述凹陷的深度为50nm
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100nm。
[0015]作为一种改进的技术方案，步骤S5中，将刻蚀加工后的结构放入丙酮溶液中，采用丙酮溶液对结构中残余的所述第二掩膜层进行去除，制得所述胚体；作为一种改进的技术方案，步骤S6中，所述腐蚀液体为磷酸和硫酸的混合液，且混合比例为磷酸：硫酸=1:1，将所述胚体放入该腐蚀液体中，在230
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260℃的腐蚀温度下，对所述胚体进行腐蚀加工，将所述蓝宝石衬底上的凹陷部分继续向下腐蚀为深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高亮度的纳米图形衬底结构，其特征在于：包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底的表面具有若干一体成型的圆台状结构，若干所述圆台状结构呈周期排列设置，且所述圆台状结构的高度为350nm
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700nm，所述圆台状结构的顶部直径为400nm
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600nm，所述圆台状结构的侧壁与底边间的夹角为40
‑
60
°
。2.如权利要求1所述的高亮度的纳米图形衬底结构，其特征在于：所述蓝宝石衬底的表面开设有截面为倒梯形状的沟槽，所述沟槽将所述蓝宝石衬底的表面分割为呈周期排列设置的若干所述圆台状结构，且所述圆台状结构的排列周期为1000nm。3.一种高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底的表面设置一层耐酸腐蚀的薄膜，形成第一掩膜层；S2、在所述第一掩膜层的表面设置一层压印胶层；S3、采用纳米压印技术，对所述压印胶层进行压印并固化，获得呈柱状结构周期排列的第二掩膜层；S4、采用等离子体干法刻蚀技术对步骤S3所得结构进行刻蚀，刻蚀气体选用BCl3和CHF3的混合气体，刻蚀至在所述蓝宝石衬底上形成凹陷结构；S5、采用有机溶剂对步骤S4所得结构进行处理，去除剩余的所述第二掩膜层，制得胚体；S6、采用高温酸腐蚀技术对所述胚体进行腐蚀，将所述蓝宝石衬底上的凹陷腐蚀至深度为350nm
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700nm的沟槽，沟槽的槽面倾角为40
‑
60
°
；S7、采用剥离液对步骤S6所得结构进行处理，去除剩余的所述第一掩膜层，得到所述高亮度的纳米图形衬底。4.如权利要求3所述的高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法，其特征在于：步骤S1中，选取一平片蓝宝石衬底，对所述蓝宝石衬底进行清洗，清洗至表面洁净后，采用等离子体增强化学气相沉积的方法在所述蓝宝石衬底的表面生长一层SiO2薄膜，形成所述第一掩膜层，且所述第一掩膜层的厚度为50nm
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200nm。5.如权利要求4所述的高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述压印胶层为丙烯酸型紫外压印胶，压印胶采用旋涂法涂覆于所述第一掩膜层的表面，且所述压印胶层的厚度为200nm
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600nm。6.如权利要求5所述的高亮度的纳米图形衬底结构的制备方法，其特征在于：步骤S3中，采用紫外纳米压印技术，将涂覆有所述压印胶层的结构放入紫外纳米压印机，采用表面具有盲孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：席光义，刘志刚，席庆男，许南发，李志，
申请(专利权)人：元旭半导体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：