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制備圖形化Al薄膜，接著進行固相反應，進而制備藍寶石納米圖形襯底。在此基礎上，本文同時采用激光干涉光刻技術制備圖形化金屬Al薄膜，然后進行固相反應

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、涉光刻技術制備圖形化Al薄膜理論計算結果表明，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和激光干涉光刻技術制備的圖形化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℃的高溫熱處理，可使多晶Al2O3層轉變?yōu)樗{寶石單晶。SEM結果表明，溫度低于1200℃的高溫熱處理1h，圖案仍然存在。XRD和Raman結果表明，圖形化金屬Al薄膜在450℃低溫熱處理24h，1000℃高溫熱處理1h，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