一種利用aao模板制備復合納米圖形化襯底的方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明屬于LED圖形化襯底技術領域，主要涉及一種圖形化襯底的制備方法。
【背景技術】
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[0002]圖形化藍寶石襯底(PSS)是目前商業(yè)化應用較廣的襯底技術，它不但能提升GaN基LED外延層的晶體質(zhì)量而且可以改變外延層內(nèi)的光路從而提高發(fā)光強度。但是PSS制程需要用到光刻技術，其核心設備光刻機價格昂貴，并且光刻技術的圖形缺陷較多(如圖形缺失、圖形均勻性不佳等)，這些因素都限制了圖形化襯底技術的發(fā)展。
[0003]AAO (Anodic Aluminum Oxide)模板也稱多孔陽極氧化銷模板，這種材料可自組織生長成納米級密排柱形的孔道結(jié)構(gòu)。通過控制氧化條件(如電解液、氧化電壓、溫度等)可以得到十幾納米到幾百納米孔徑范圍的有序AAO模板。由于其價廉，制備工藝簡單，以及有序的多孔結(jié)構(gòu)和多樣的組裝方法，成為目前生長納米量子點、納米線及納米管材料的有效模板。目前，AAO尚未見應用于LED圖形化襯底技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明提出一種新的納米圖形化襯底的制備方法，旨在降低制造成本的同時提高GaN基LED光效。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種利用AAO模板制備復合納米圖形化襯底的方法，首先在單晶襯底上制備出有序的AAO模板，然后將AAO模板的孔道底部打穿、直至與單晶襯底表面連接，最終獲得長有AAO薄層的納米圖形化襯底。
[0007]上述襯底可以是藍寶石單晶襯底，也可以是單晶硅襯底。
[0008]基于以上方案，本發(fā)明還進一步作如下優(yōu)化:
[0009]在單晶襯底上制備出有序AAO模板的過程包括以下步驟:
[0010]I)在單晶襯底上物理濺射或熱蒸鍍一層高純鋁膜，然后高溫退火，清洗、甩干；
[0011]2)對鋁膜進行一次陽極氧化，然后溶解去除氧化層，在鋁膜表面留下有序的凹坑；其中陽極氧化過程中的電解液采用硫酸、草酸、磷酸、硌酸或其中任意兩種酸液的混合液；
[0012]3)對鋁膜進行二次陽極氧化，直至將鋁膜全部氧化，即得有序AAO模板。
[0013]進一步的參數(shù)優(yōu)化:所述步驟I)中高純鋁膜的厚度為2?10 μ m，若采用物理濺射工藝，則靶材純度為99.99%的高純鋁靶，濺射溫度80?150°C;若采用熱蒸鍍工藝，則蒸料選用純度為99.99%的高純鋁，蒸發(fā)溫度1000?1200°C。
[0014]步驟I)中高溫退火的溫度300?350°C，時間I?2h ;退火后，使用H2SO4 (98% ):H2O2 (30% ) = 3:1?4:1混合液清洗，甩干。
[0015]步驟2)中一次陽極氧化的工藝為:
[0016]采用濃度為0.3?0.8mol/L硫酸作為電解液，氧化電壓為10?25V，溫度為O?5°C，氧化時間2?7h ;
[0017]或者，電解液采用濃度0.3?0.8mol/L草酸作為電解液，氧化電壓為25?170V，溫度為O?5°C，氧化時間3?5h ;
[0018]或者，采用濃度0.3?0.8mol/L磷酸作為電解液，氧化電壓為185?195V，溫度為O?5°C，氧化時間I?2h ;
[0019]或者，采用濃度為0.3?0.8mol/L絡酸作為電解液，氧化電壓為40?50V，溫度為10?20°C，氧化時間0.5?2h ;
[0020]—次陽極氧化完成后，米用質(zhì)量分數(shù)為3?10%的H3PO4和質(zhì)量分數(shù)為I?5%的H2CrO4的混合溶液，在40?80°C、3?5h反應溶解掉Al 203薄層。
[0021]步驟3)中二次陽極氧化的工藝為:
[0022]采用濃度為0.3?0.8mol/L硫酸作為電解液，氧化電壓為10?25V，溫度為O?5°C，氧化時間2?4h ;
[0023]或者，電解液采用濃度0.3?0.8mol/L草酸作為電解液，氧化電壓為25?170V，溫度為O?5°C，氧化時間3?8h ;
[0024]或者，采用濃度0.3?0.8mol/L磷酸作為電解液，氧化電壓為185?195V，溫度為O?5°C，氧化時間0.5?Ih ;
[0025]或者，采用濃度為0.3?0.8mol/L絡酸作為電解液，氧化電壓為40?50V，溫度為10?20 °C，氧化時間0.5?2h。
[0026]上述將AAO模板的孔道底部打穿、直至與襯底表面連接的方法，為濕法刻蝕或干法刻蝕或階梯降壓法或反向電壓法。
[0027]若采用濕法刻蝕，則具體工藝為:采用H2S04:H3P04= 3:1?4:1混合液，200?3000C，將AAO薄層的孔道底部刻蝕去除，直至露出單晶襯底表面；
[0028]若采用干法刻蝕，則具體工藝為:電感耦合等離子體刻蝕(ICP)或反應離子刻蝕(RIE)，刻蝕氣體為30?10sccm的BCl3和50?10sccm的CHF 3，刻蝕速率控制在50?66nm/min，刻蝕時間為2?4min，將AAO薄層的孔道底部刻蝕去除，直至露出單晶襯底表面；
[0029]若采用階梯降壓法，則具體工藝為:陽極氧化完成后，采用逐步降低電壓的方法將AAO孔道底部打通，降壓幅度為0.3?2V，對應電流回復時間為15?70s，直至電壓降低為OV，多孔孔道打通；
[0030]若采用反向電壓法，則具體工藝為:在5?15°C的0.5mol/L的KCl溶液中，將陽極氧化完成的AAO模板作為陰極，石墨作陽極，加3?1V反向電壓，作用10?40min后實現(xiàn)通孔。
[0031]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0032]避免了昂貴的光刻技術及光刻制程的低成品率，降低了制造成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0033]由于陽極氧化及濕法腐蝕對樣品的尺寸均無特別限制，因此可變換襯底尺寸，提會 K。
[0034]使用本發(fā)明方法制備的PSS，后續(xù)外延生長時納米孔道的植入，既有利于光的折射，從而改變光路提高外量子效應；又由于AAO薄層的Al2O3為多晶態(tài)，GaN外延不容易在其表面成核，因此孔道底部的單晶襯底成為外延生長的成核點，在后續(xù)生長過程中促使GaN橫向生長，從而使位錯線彎曲，減少后續(xù)外延層的位錯密度，從而提高量子阱的晶體質(zhì)量(經(jīng)測試，(102)和(002)晶面半高寬均可降低到300arcses，且外延層表面光滑平整無缺陷)，最終能夠提高內(nèi)量子效應。
【附圖說明】
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[0035]圖1為傳統(tǒng)PSS制備流程圖，采用勻膠、曝光、顯影以及ICP等工藝，可制備出具有特定形狀、尺寸的圖形化藍寶石襯底。
[0036]圖2為本發(fā)明的一個實施例流程圖。
【具體實施方式】
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[0037]以下結(jié)合圖2，詳細說明本發(fā)明的較佳實現(xiàn)工藝:
[0038]1、在Al2O3單晶襯底上物理濺射或熱蒸鍍一層厚度為2?10 μm的鋁層，靶材選用純度為99.99%的高純鋁靶，濺射溫度80?150°C，蒸發(fā)溫度1000?1200°C。
[0039]2、接著對長有鋁膜的襯底片進行高溫退火，退火溫度300?350°C，時間I?2h。退火后對襯底片使用H2SO4 (98% ):H202 (30% ) = 3:1?4:1混合液清洗，甩干。
[0040]3、對長有鋁薄層的襯底片進行一次陽極氧化，采用濃度為0.3?0.8mol/L硫酸為電解液，氧化電壓為10?25V，溫度O?5°C，氧化時間2?7h。(若采用濃度0.3?0.8mol/L草酸為電解液，氧化電壓為25?170V，溫度為O?5°C，氧化時間3?5h ;若采用濃度0.3?0.8mol/L磷酸為電解液，則氧化電壓為185?195V，溫度O?5°C，氧化時間I?2h ;若采用濃度為0.3?0.8mol/L硌酸，氧化電壓為40?50V，溫度為10?20°C，氧化時間0.5?2h。)
[0041]4、用質(zhì)量分數(shù)為3?10%的H3PO4和質(zhì)量分數(shù)為I?5%的!12(>04的混合溶液，在40?80°C，3?5h反應溶解掉Al2O3薄層，在鋁膜表面得到有序凹槽。
[0042]5、接著進行二次陽極氧化，直至將襯底表面所有鋁薄層氧化完全為止。氧化條件與第一次相同，只是二次氧化時間不同。例如采用硫酸作為電解液，二次氧化時間為2?4h，最終獲得孔間距為30?60nm的AAO薄層。若采用草酸電解液，二次氧化時間為3?8h，多孔結(jié)構(gòu)的孔間距為90?370nm ;若電解液為磷酸，二次氧化時間