專利名稱：：氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二級管領(lǐng)域，特別是涉及一種氮化物外延生長的納米圖形襯底的制備方法。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。為了獲得高亮度的LED關(guān)鍵要提高器件的內(nèi)量子效率和外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，主要原因是外延材料、襯底材料以及空氣之間的折射率差別較大，導(dǎo)致有源區(qū)產(chǎn)生的光在不同折射率材料界面發(fā)生全反射而不能導(dǎo)出芯片。目前，為了獲得高亮度的LED采用的技術(shù)解決方案主流是用圖形襯底來生長外延。這種技術(shù)可以緩解襯底和氮化物外延層異質(zhì)外延生長中由于晶格失配引起的應(yīng)力，減小GaN基外延層穿透位錯的密度，提高外延層晶體質(zhì)量，降低半導(dǎo)體發(fā)光材料的非輻射符合中心，增強(qiáng)輻射符合，以提高芯片亮度。但是，目前這種圖形都是在微米量級的，對亮度提升有限；與通常的微米級圖形襯底相比，納米圖形化襯底技術(shù)可以更有效弛豫異質(zhì)結(jié)界面生長過程的應(yīng)力，進(jìn)一步降低氮化物外延層的位錯密度，提高材料的晶體質(zhì)量和相應(yīng)的器件性能。半導(dǎo)體納米級的圖形的實現(xiàn)通常采用電子束光刻技術(shù)或X射線光刻技術(shù)，但這些光刻技術(shù)都涉及昂貴的設(shè)備、復(fù)雜的工藝過程以及較高的成本。因此，發(fā)展低成本，易于實現(xiàn)規(guī)?；募{米級圖形襯底技術(shù)，可以更有效地應(yīng)用于氮化物外延生長，是目前急需解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法，能有效提高材料的晶體質(zhì)量和相應(yīng)的器件性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法包括以下步驟步驟一、在用于氮化物外延生長的襯底上蒸鍍一層金屬膜層；步驟二、在所述金屬膜層上涂布一層光刻膠膜層，通過光罩技術(shù)在襯底上顯影出微米級尺寸的光刻膠圖形，顯影的時候圖形之間不完全顯影透，使圖形之間留有一層薄薄的光刻膠；步驟三、通過高溫回流技術(shù)，對上述的光刻膠圖形進(jìn)行高溫回流處理，上述的光刻膠圖形遇高溫后回流成蒙古包形，圖形之間的薄層光刻膠遇高溫后也會凝固成蒙古包形，這樣就形成了二級納米級光刻膠圖形，其中，一級為微米級尺寸圖形，另一級為納米級尺寸圖形；3步驟四、對所述二級納米級光刻膠圖形進(jìn)行硬化處理；步驟五、利用加熱烘烤光刻膠技術(shù)，將光刻膠圖形進(jìn)一步的硬化；步驟六、利用形成的所述二級納米級光刻膠圖形作為掩膜，用干法刻蝕技術(shù)將所述光刻膠圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述襯底上；步驟七、清洗所述襯底，得到二級納米級圖形襯底。采用本發(fā)明的方法，在現(xiàn)有的微米級圖形(即圖1中所標(biāo)識的微米圖形)之間添加一種納米級的圖形(即圖1中所標(biāo)識的納米圖形)，形成二級納米圖形襯底，可以緩解襯底和氮化物間異質(zhì)外延生長過程中由于晶格失配引起的應(yīng)力，大大降低外延層的位錯密度，更有效弛豫異質(zhì)結(jié)界面生長過程的應(yīng)力，進(jìn)一步提高外延層晶體質(zhì)量和相應(yīng)器件的性能。采用本發(fā)明的方法不需要昂貴的光刻設(shè)備，能夠降低制造成本，有利于實現(xiàn)規(guī)?；痛竺娣e制作。下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是納米圖形結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的方法流程示意圖；圖3是發(fā)光二極管芯片的剖面示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施步驟。參見圖1所示，在本發(fā)明一實施例中所述的納米圖形為二級圖形結(jié)構(gòu)組合(圖la是所述納米圖形結(jié)構(gòu)圖，圖lb是所述納米圖形結(jié)構(gòu)示意圖)，其中，一級為微米級尺寸圖形，另一級為納米級尺寸圖形(即二級納米級光阻圖形)。所述微米級尺寸圖形的結(jié)構(gòu)為圖形之間的間距為0-5um,圖形底部直徑為1ym至10ym，圖形高度為0.1-2.5um,圖形的角度為0-90°；所述微米級圖形為周期性排列。所述納米級尺寸圖形的結(jié)構(gòu)為圖形之間的間距為0-5um,圖形底部直徑為lOnm至1000歷，圖形高度為lnm至1000歷，圖形的角度為0-90°。結(jié)合圖2所示，所述氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法包括以下步驟步驟一、在用于氮化物外延生長的襯底上蒸鍍一層金屬膜層。所述的襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵、氧化鋅或自支撐氮化鎵。所述金屬膜層為鎳附、鈦Ti或鋁A1。所述金屬膜層的厚度為0.lnm至200nm。步驟二、在所述金屬膜層上涂布一層光刻膠膜層，通過光罩技術(shù)在襯底上顯影出微米級尺寸的光阻圖形，顯影的時候圖形之間不完全顯影透，使圖形之間留有一層薄薄的光刻膠。步驟三、通過高溫回流技術(shù)，對上述的光刻膠圖形進(jìn)行高溫回流處理，上述的光刻膠圖形遇高溫后回流成蒙古包形，圖形之間的薄層光刻膠遇高溫后也會凝固成蒙古包形，這樣就形成了二級納米級光刻膠圖形，其中，一級為微米級尺寸圖形，另一級為納米級尺寸圖形。所述回流烘烤溫度為100°C600°C、時間為1秒鐘60分鐘。步驟四、對所述二級納米級光刻膠圖形進(jìn)行硬化處理。例如，采用深紫外線光源對所述二級納米級光阻圖形進(jìn)行照射硬化處理。步驟五、利用加熱烘烤光刻膠技術(shù)，將光刻膠圖形進(jìn)一步的硬化。例如，采用熱板加熱烘烤。步驟六、利用形成的所述二級納米級光刻膠圖形作為掩膜，用干法刻蝕技術(shù)將所述光刻膠圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述襯底上。所述干法刻蝕是采用反應(yīng)離子RIE或感應(yīng)耦合等離子ICP設(shè)備進(jìn)行干法刻蝕。步驟七、清洗所述襯底，得到二級納米級圖形襯底。這種微結(jié)構(gòu)圖案可以有效減少光的界面反射，降低光的吸收損耗，有效改善外延生長的缺陷，從而提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。制備好該發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)后，利用該襯底結(jié)構(gòu)制備發(fā)光二極管，如圖3所示。在步驟(七)所得到的襯底結(jié)構(gòu)上依次形成緩沖層、n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、p型半導(dǎo)體，然后制備n電極和p電極。所得到的結(jié)構(gòu)經(jīng)研磨、拋光及切割等后續(xù)工藝，得到發(fā)光效率極高的發(fā)光二極管。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>通過對比實驗，從測試數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明所述方法制造的襯底的管芯比采用普通微米級圖形藍(lán)寶石襯底的管芯發(fā)光亮度具有明顯提高。本發(fā)明中涉及的其他工藝條件為常規(guī)工藝條件，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范疇，在此不再贅述。以上通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制，例如所述各步驟中具體的實現(xiàn)工藝方法僅僅是為了便于理解本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以采用現(xiàn)有技術(shù)中存在的其它具體工藝方法，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、在用于氮化物外延生長的襯底上蒸鍍一層金屬膜層；步驟二、在所述金屬膜層上涂布一層光刻膠膜層，通過光罩技術(shù)在襯底上顯影出微米級尺寸的光刻膠圖形，顯影的時候圖形之間不完全顯影透，使圖形之間留有一層光刻膠；步驟三、通過高溫回流技術(shù)，將上述的光刻膠圖形回流成二級納米級光刻膠圖形；步驟四、對所述二級納米級光刻膠圖形進(jìn)行硬化處理；步驟五、利用加熱烘烤光刻膠技術(shù)，將光刻膠圖形進(jìn)一步的硬化；步驟六、利用形成的所述二級納米級光刻膠圖形作為掩膜，用干法刻蝕技術(shù)將所述光刻膠圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述襯底上；步驟七、清洗所述襯底，得到二級納米級圖形襯底。2.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述納米圖形為二級圖形結(jié)構(gòu)組合，其中，一級為微米級尺寸圖形，另一級為納米級尺寸圖形。3.如權(quán)利要求2所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述微米級尺寸圖形的結(jié)構(gòu)為圖形之間的間距為0-5μm，圖形底部直徑為Iym至10μπι，圖形高度為0.1-2.5μm，圖形的角度為0-90°；所述微米級圖形為周期性排列。4.如權(quán)利要求2所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述的納米級尺寸圖形的結(jié)構(gòu)為圖形之間的間距為0-5μm，圖形底部直徑為IOnm至lOOOnm，圖形高度為Inm至lOOOnm，圖形的角度為0-90°。5.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵、氧化鋅或自支撐氮化鎵。6.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述金屬膜層為鎳附、鈦Ti或鋁Al。7.如權(quán)利要求1或6所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述金屬膜層的厚度為0.Inm至200nm。8.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于步驟四所述的硬化處理是采用深紫外線光源對所述二級納米級光刻膠圖形進(jìn)行照射硬化處理。9.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述回流烘烤的溫度為100°C600°C、時間為1秒鐘60分鐘。10.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于采用反應(yīng)離子RIE或感應(yīng)耦合等離子ICP設(shè)備進(jìn)行干法刻蝕。11.如權(quán)利要求1所述的納米圖形襯底制備方法，其特征在于所述氮化物外延生長采用的生長方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積M0CVD、氫化物氣相外延HVPE或分子束外延MBE；所述氮化物外延生長形成的氮化物外延層為GaN、A1N、InN,AlGaN,InAlN,InGaN或AlGaInN0全文摘要本發(fā)明公開了一種氮化物外延生長的納米圖形襯底制備方法，包括以下步驟在襯底上蒸鍍一層金屬膜層；在所述金屬膜層上涂布一層光刻膠膜層，通過光罩技術(shù)在襯底上顯影出微米級尺寸的光刻膠圖形且圖形之間留有一層薄薄的光刻膠；通過高溫回流技術(shù)形成二級納米級光刻膠圖形，其中，一級為微米級尺寸圖形，另一級為納米級尺寸圖形；對所述二級納米級光刻膠圖形進(jìn)行硬化處理；利用加熱烘烤光刻膠技術(shù)，將光刻膠圖形進(jìn)一步的硬化；利用形成的所述二級納米級光刻膠圖形作為掩膜，用干法刻蝕技術(shù)將所述光刻膠圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述襯底上；清洗所述襯底，得到二級納米級圖形襯底。本發(fā)明能夠提高材料的晶體質(zhì)量和相應(yīng)的器件性能。文檔編號H01L33/12GK101814564SQ201010121839公開日2010年8月25日申請日期2010年3月11日優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日發(fā)明者袁根如,郝茂盛,陳誠申請人:上海藍(lán)光科技有限公司