高效大功率LED外延片用藍寶石圖形襯底的制備及其評價.pdf

1、白光照明用 GaN基高效率大功率 LED，近年來引起了人們研究的廣泛關(guān)注，是未來 LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。藍寶石圖形襯底，可有效降低其上 GaN外延薄膜的穿透位錯密度，同時提升 GaN基 LED的光提取效率。為了克服當(dāng)前濕法和干法刻蝕制備圖形化藍寶石襯底面臨的諸多問題，本文首先采用電子束光刻技術(shù)制備圖形化Al薄膜，接著進行固相反應(yīng)，進而制備藍寶石納米圖形襯底。在此基礎(chǔ)上，本文同時采用激光干涉光刻技術(shù)制備圖形化金屬Al薄膜，然后進行固相反應(yīng)

2、，以實現(xiàn)了藍寶石納米圖形襯底的低成本、高效率、大面積制備。最后，針對激光干涉光刻制備的藍寶石納米圖形襯底，生長 GaN基 LED外延片；通過對有無圖形襯底上制備的GaN基 LED外延片質(zhì)量分析，對高效大功率LED外延片用藍寶石圖形襯底進行評價。
　　直流磁控濺射法制備出藍寶石圖形化用金屬Al薄膜的試驗表明，藍寶石襯底上沉積的Al薄膜表面粗糙度，隨著濺射功率、工作氣壓、襯底溫度的增加而增加。當(dāng)直流濺射功率為60W，工作氣壓為0.2P

3、a，基片溫度為70℃時，可制備出表面粗糙度僅為1.34nm的200nm厚金屬Al薄膜。
　　電子束光刻技術(shù)制備圖形化Al薄膜的試驗表明，同時采用幾何修正法和劑量修正法，可以對電子束光刻的鄰近效應(yīng)進行校正。圖形化Al薄膜圖形尺寸，隨著電子束曝光劑量的增加而增加。在藍寶石襯底上，成功制備不同形狀（圓形、方形），不同填充因子（0.5、0.67、0.75），不同占空比（2.31、3.85、5.39）的圖形化金屬Al薄膜。
　　激光干

4、涉光刻技術(shù)制備圖形化Al薄膜理論計算結(jié)果表明，激光干涉曝光圖案的周期，隨著兩束激光的入射角θ的減小而增加。當(dāng)兩束激光的入射角為9.35°，曝光時間為8min，可在藍寶石襯底上，制備出對角線長/周期/厚度為615nm/990nm/200nm的正方形Al圖案。
　　對分別采用電子束光刻技術(shù)和激光干涉光刻技術(shù)制備的圖形化Al薄膜，進行熱處理以制備納米藍寶石圖形襯底。試驗表明，第一步氧化熱處理：Al薄膜在空氣中經(jīng)450℃下24h的熱處理后

5、，表面的小丘數(shù)目最??；圖形化Al薄膜的表面形貌，有較好的遺傳性。第二步900-1200℃的高溫?zé)崽幚?，可使多晶Al2O3層轉(zhuǎn)變?yōu)樗{寶石單晶。SEM結(jié)果表明，溫度低于1200℃的高溫?zé)崽幚?h，圖案仍然存在。XRD和Raman結(jié)果表明，圖形化金屬Al薄膜在450℃低溫?zé)崽幚?4h，1000℃高溫?zé)崽幚?h，獲得的藍寶石圖形襯底是六方晶系，并且與藍寶石（0001）襯底的成分和取向一致。
　　對激光干涉光刻納米圖形化藍寶石襯底，其上制備