一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法

2023-07-23 18:27:06 1

專利名稱：一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法
技術領域：
本發明涉及襯底晶片加工，具體涉及一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法。
背景技術：
近年來，鋁酸鋰晶片因其對GaN的晶格失配和熱失配都比較小而引起了研究人員 的很大興趣。更重要的是，在鋁酸鋰襯底上可以獲得非極性GaN膜進而製備非極性LED，其優點 在於第一、P型摻雜濃度及空穴激活濃度在非極性GaN中獲得了大幅提高；2)非極性GaN 基LED理論上可以獲得更高的內量子效率；第三，非極性GaN基LED可以實現偏振光輸出。 另外，非極性GaN基多層膜結構可以作為很好的紫外光調製器。這些優點使得鋁酸鋰晶體 在GaN基光電子器件方面具有非常好的市場前景。為了在鋁酸鋰襯底上獲得高質量的非極性GaN膜，通常在鋁酸鋰襯底上刻蝕出圖 形襯底，然後通過所述圖形襯底結合側向外延技術生長GaN膜。在現有技術中，在晶體上刻 蝕圖形襯底的方法有溼法化學刻蝕和幹法刻蝕。由於鋁酸鋰晶體存在一定的弱水解且可與 酸反應，因此採用傳統的溼化學刻蝕製備鋁酸鋰圖形襯底比較困難。而且，由於溼化學蝕刻 是各向同性的，因此難以在鋁酸鋰晶體上獲得較大深寬比的圖形襯底。而採用幹法蝕刻制 備圖形襯底時，工藝相對比較複雜，且成本較高，難以推廣應用。近年來，在微加工領域，飛秒脈衝雷射的應用引起了人們的廣泛關注。由於脈衝寬 度極短，使得飛秒雷射具有非常高的功率密度，可以在各類材料上製備各種尺度的一維、二 維、三維周期性結構，如周期光柵等。因此，本發明人考慮，可以採用飛秒脈衝雷射在鋁酸鋰晶片上蝕刻圖形襯底。然 後，在所述圖形襯底上可以進一步外延生長GaN膜。

發明內容
本發明解決的技術問題在於，提供一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法，以 解決現有技術中採用溼化學方法刻蝕難以獲得高質量鋁酸鋰圖形襯底的問題。為了解決上述技術問題，本發明提供一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法， 包括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射平行掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個平行的溝槽，得到鋁酸鋰 晶片圖形襯底。優選的，所述飛秒雷射的聚焦功率為2J/cm2 lOJ/cm2。優選的，所述溝槽的寬度為30nm 20 μ m，溝槽的深度為30nm 20 μ m，相鄰溝槽 的間距為30nm 20μπι。優選的，所述鋁酸鋰晶片表面的均方根粗糙度不大於5埃。優選的，所述鋁酸鋰晶片的晶面為(100)晶面。
優選的，所述溝槽方向平行於所述鋁酸鋰晶面的[100]方向。優選的，所述鋁酸鋰晶片的晶面為(302)晶面。優選的，所述溝槽方向平行於所述鋁酸鋰晶面的[203]方向。本發明還提供一種在鋁酸鋰晶體襯底上製備GaN外延膜的方法，包括按照上述技術方案在(100)晶面的鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底；在所述圖形襯底上生長(10-10)面的GaN外延膜。本發明還提供又一種在鋁酸鋰晶體襯底上製備GaN外延膜的方法，包括按照上述技術方案在(302)晶面的鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底；在所述圖形襯底上生長(11-20)面的GaN外延膜。本發明提供一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底方法。按照本發明，用飛秒雷射在 鋁酸鋰晶片上刻蝕多個平行的溝槽，得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。與現有技術相比，本發明採 用飛秒雷射在鋁酸鋰晶片上刻蝕圖形襯底，通過改變飛秒雷射的聚焦功率，可以調整溝槽 的深寬比，與溼法或幹法刻蝕相比，操作簡單，更易獲得較大深寬比的圖形襯底。


圖1為本發明提供的在鋁酸鋰晶片上製備的圖形襯底的示意圖。
具體實施例方式本發明的一個在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的實施方案，包括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射掃描沿平行的方向多次掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個大致平 行的溝槽，得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。按照本發明，所述飛秒雷射是指脈衝持續時間在10_15數量級的超短脈衝雷射。用 飛秒雷射沿平行的方向多次掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個平行的溝槽後，得到鋁 酸鋰晶片上的圖形襯底。所述鋁酸鋰晶片的表面應當光滑，均方根粗糙度優選小於20埃， 更優選小於10埃，更優選小於5埃。用飛秒雷射掃描所述鋁酸鋰晶片的表面時，所述飛秒雷射的聚焦功率優選為IJ/ cm2 20J/cm2，更優選為2J/cm2 lOJ/cm2，更優選為3J/cm2 8J/cm2。對於掃描速度，優 選為5 100微米/秒，更優選為10 90微米/秒，更優選為20 50微米/秒，更優選 為30 40微米/秒。對於形成的溝槽的深度，優選為20nm 30μπι，更優選為20nm 3 μ m，更優選為 20nm lOOnm，更優選為20nm 50nm。對於形成的溝槽的寬度，優選為20nm 30 μ m，更 優選為20nm 3 μ m，更優選為20nm lOOnm，更優選為20nm 50nm。對於相鄰溝槽之間 的距，，優選為20nm 30 μ m，更優選為20nm 3 μ m，更優選為20nm lOOnm，更優選為 20nm 50nmo所述鋁酸鋰晶片優選為(100)晶面或(302)晶面的鋁酸鋰晶片。當所述鋁酸鋰晶 片為(100)晶面時，所述溝槽的方向平行於鋁酸鋰晶片的W01]方向。當所述鋁酸鋰晶片 為(302)晶面時，所述溝槽的方向平行於鋁酸鋰晶片的[203]方向。如圖1所示，為本發明提供的鋁酸鋰晶片圖形襯底示意圖，在鋁酸鋰晶片11的表面上，有多個大致平行的溝槽12。溝槽12的方向為[203]方向或W01]方向。本發明提供的一個在鋁酸鋰圖形襯底上生長GaN外延膜的方法的實施方案，包 括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個大致平行的溝槽，得到鋁酸鋰 晶片的圖形襯底，所述鋁酸鋰晶片的晶面為(100)晶面；在所述圖形襯底上生長(10-10)面的GaN外延膜。本發明提供的又一個在鋁酸鋰圖形襯底上生長GaN外延膜的方法的實施方案，包 括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個大致平行的溝槽，得到鋁酸鋰 晶片的圖形襯底，所述鋁酸鋰晶片的晶面為(302)晶面；在所述圖形襯底上生長(11-20)面的GaN外延膜。按照本發明，在鋁酸鋰晶片的圖形襯底上生長GaN外延膜時，可以按照本領域技 術人員熟知的金屬化學氣相沉積方法(MOCVD)進行生長。為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明提供的在鋁酸鋰晶片上製備圖 形襯底的方法和在所述圖形襯底上製備GaN外延膜的方法進行描述。實施例1準備(302)晶面的鋁酸鋰晶片，該鋁酸鋰晶片的表面均方根粗糙度為3埃，將鋁酸 鋰晶片固定在樣品臺上。樣品臺以5微米/秒的速度沿[203]方向移動，用飛秒雷射以3J/cm2的功率作用 在所述鋁酸鋰晶片的晶面上，形成深度為30nm、寬度為30nm的第一溝槽。然後將樣品臺垂直於[203]方向移動，移動距離為30nm。然後再將樣品臺5微米 /秒的速度沿[203]方向移動，用飛秒雷射以3J/cm2的功率作用在所述鋁酸鋰晶片的晶面 上，形成深度為30nm、寬度為30nm的第二溝槽。重複上述蝕刻過程，形成多個間距為30nm的平行溝槽得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。在所述鋁酸鋰圖形襯底上用金屬化學氣相沉積的方法生長得到(11-20)面的GaN 外延膜。實施例2準備(100)晶面的鋁酸鋰晶片，該鋁酸鋰晶片的表面均方根粗糙度為5埃，將鋁酸 鋰晶片固定在樣品臺上。樣品臺以100微米/秒的速度沿W01]方向移動，用飛秒雷射以8J/cm2的功率作 用在所述鋁酸鋰晶片的晶面上，形成深度為20 μ m、寬度為20 μ m的第一溝槽。然後將樣品臺垂直於
方向移動，移動距離為20μπι。然後再將樣品臺100微 米/秒的速度沿W01]方向移動，用飛秒雷射以8J/cm2的功率作用在所述鋁酸鋰晶片的晶 面上，形成深度為20 μ m、寬度為20 μ m的第二溝槽。重複上述蝕刻過程，形成多個間距為20 μ m的平行溝槽得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。在所述鋁酸鋰圖形襯底上用金屬化學氣相沉積的方法生長得到(10-10)面的GaN外延膜。實施例3準備(302)晶面的鋁酸鋰晶片，該鋁酸鋰晶片的表面均方根粗糙度為4埃，將鋁酸 鋰晶片固定在樣品臺上。樣品臺以50微米/秒的速度沿[203]方向移動，用飛秒雷射以5J/cm2的功率作 用在所述鋁酸鋰晶片的晶面上，形成深度為Ιμπκ寬度為Ιμπι的第一溝槽。然後將樣品臺垂直於[203]方向移動，移動距離為1 μ m。然後再將樣品臺50微米 /秒的速度沿[203]方向移動，用飛秒雷射以5J/cm2的功率作用在所述鋁酸鋰晶片的晶面 上，形成深度為Ιμπκ寬度為Ιμπι的第二溝槽。重複上述蝕刻過程，形成多個間距為Iym的平行溝槽得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。在所述鋁酸鋰圖形襯底上用金屬化學氣相沉積的方法生長得到(11-20)面的GaN 外延膜。以上對本發明提供的在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底以及在所述圖形襯底上生長 GaN膜的方法進行了詳細的介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行 了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於 本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若 幹改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
權利要求
一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法，包括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射沿平行的方向多次掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個平行的溝槽，得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述飛秒雷射的聚焦功率為2J/cm2 10J/cm2。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述溝槽的寬度為30nm 20μ m、深度為 30nm 20 μ m，相鄰溝槽的間距為30nm 20 μ m。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述鋁酸鋰晶體表面的均方根粗糙度不 大於5埃。
5.根據權利要求1至4任一項所述的方法，其特徵在於，所述鋁酸鋰晶片的晶面為 (100)晶面。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述溝槽方向平行於所述鋁酸鋰晶面的
方向。
7.根據權利要求1至4任一項所述的方法，其特徵在於，所述鋁酸鋰晶片的晶面為 (302)晶面。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述溝槽方向平行於所述鋁酸鋰晶面的 [203]方向。
9.一種在鋁酸鋰晶體襯底上製備GaN外延膜的方法，其特徵在於，包括按照權利要求5或6所述的方法在鋁酸鋰晶片體上製備圖形襯底；在所述圖形襯底上生長(10-10)面的GaN外延膜。
10.一種在鋁酸鋰晶片襯底上製備GaN外延膜的方法，其特徵在於，包括按照權利要求7或8所述的方法在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底；在所述圖形襯底上生長(11-20)面的GaN外延膜。
全文摘要
本發明涉及一種在鋁酸鋰晶片上製備圖形襯底的方法，包括提供鋁酸鋰晶片；用飛秒雷射沿平行的方向多次掃描所述鋁酸鋰晶片的表面，形成多個平行的溝槽，得到鋁酸鋰晶片圖形襯底。與現有技術相比，本發明採用飛秒雷射在鋁酸鋰晶片上刻蝕圖形襯底，通過改變飛秒雷射的聚焦功率，可以調整溝槽的深寬比，與溼法或幹法刻蝕相比，操作簡單，更易獲得較大深寬比的圖形襯底。
文檔編號H01L21/428GK101958251SQ20091005507
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月20日 優先權日2009年7月20日
發明者周穎圓, 李抒智, 楊衛橋, 楊潔翔, 王峰, 王康平, 馬可軍 申請人:上海半導體照明工程技術研究中心