[发明专利]于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及蚀刻掩膜制作领域，特别是在蓝宝石衬底表面利用金属薄层制作出纳米级金属球以形成蚀刻掩膜的制作方法。

背景技术

目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最为常用的衬底之一。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多晶体缺陷，影响了材料的晶体质量，限制了器件光电性能的进一步提高。同时GaN和空气间存在较大的折射率的差异，光的出射角很小，绝大部分被全反射又回到LED器件内部，这既降低了光的提取效率又增加了散热难度，影响了LED器件的稳定性。采用图形化蓝宝石衬底技术可以缓解异质外延生长中蓝宝石衬底和氮化物外延层由于晶格失配引起的应力，降低了氮化物材料中的位错密度，提高器件的内量子效率。

例如中国专利CN101345274揭示一种利用图形化衬底提高GaN基LED发光效率的方法，包括：在蓝宝石衬底上淀积一层二氧化硅膜；光刻出光刻胶图形阵列；以光刻胶图形阵列作掩膜，刻蚀出具有图形结构的二氧化硅膜；以具有图形结构的二氧化硅膜作为掩膜，刻蚀蓝宝石衬底，将图形刻蚀到蓝宝石衬底上；将蓝宝石衬底清洗干净；形成横截面为三角形的金字塔结构；在图形蓝宝石衬底上生长低温成核层；在低温成核层上继续升高温度生长n型掺杂的GaN层，生长出低位错密度且表面具有V形坑阵列结构；继续生长LED结构材料所需的多量子井层和P型材料层，并使最终的表面仍具有V形坑阵列结构。

然而传统的图形构图方法是光刻工艺。但是图形的宽度范围是由照射到图形掩模上的光的波长所决定，所以要形成小于100纳米的结构非常困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，其主要能够制作出纳米尺寸的金属球，并以金属纳米球的分布作为掩膜(mask)，进而搭配蚀刻手段而在蓝宝石衬底表面形成纳米尺寸的凹凸图形。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，包含：

取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个金属薄层；

将蓝宝石衬底与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；

藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球，且分布于蓝宝石衬底上形成金属掩膜。

在本发明的实施措施中：

还包含利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将蓝宝石衬底表面蚀刻成具有纳米尺寸的凹凸图形。

所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。

所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。

又本发明也可以采用以下的技术方案：

一种于蓝宝石衬底表面制作纳米球的方法，包含：

取一个蓝宝石衬底并在表面配置一个二氧化硅薄层；

又在蓝宝石衬底与二氧化硅薄层的组合，配置一个金属薄层位于二氧化硅薄层上；

将蓝宝石衬底、二氧化硅薄层与金属薄层的组合加热，使得金属薄层的温度接近自身的熔点；

藉表面张力的作用，使金属薄层得以破裂，进而每一个金属裂块收缩形成金属纳米球，且分布于二氧化硅薄层上形成金属掩膜。

还包含利用蚀刻方式并搭配各金属纳米球所构成的金属掩膜，可将二氧化硅薄层制作成具有纳米尺寸图形的二氧化硅掩膜，并再藉二氧化硅掩膜的屏蔽作用及搭配蚀刻手段，可将蓝宝石衬底表面制作出具有纳米尺寸的凹凸图形。

所述金属薄层为镍、铝、钛、铬，或其合金。

所述金属薄层的厚度为2nm至5nm。

所述二氧化硅薄层的厚度为1nm至2nm。

本发明的优点在于：

1.由于金属薄层自身厚度仅为2至5纳米(2nm至5nm)，所以金属薄层在接近熔化的状态下破裂且收缩成球体状，各球体的尺寸也为纳米尺寸，同时也使相邻金属纳米球之间的间距也符合纳米尺寸，因此各纳米金属球所构成的金属掩膜不论是作为蓝宝石衬底的蚀刻掩膜，还是二氧化硅的蚀刻掩膜，均可获致纳米尺寸的图形。

2.由于金属薄膜是以加热至接近自身熔点，以及搭配表面张力的作用，进而自动破裂并形成纳米金属球，所以制作成本低，可以符合生产制造的需求。

附图说明

图1为本发明第一实施例的制作步骤示意图一；

图2为本发明第一实施例的制作步骤示意图二；

图3为本发明第二实施例的制作步骤示意图一；

图4为本发明第二实施例的制作步骤示意图二；