LED用图形化蓝宝石衬底的酸刻蚀行为研究
本文关键词：LED用图形化蓝宝石衬底的酸刻蚀行为研究
更多相关文章： 湿法刻蚀 c面蓝宝石单晶 图形化蓝宝石衬底 形貌演变 刻蚀速率
【摘要】：图形化蓝宝石衬底是在平片蓝宝石衬底表面刻蚀出周期性图形阵列,其在提升GaN基LED的发光性能方面具有较大优势。针对目前湿法刻蚀图形化蓝宝石衬底的刻蚀机理不深入的问题,本文系统研究了刻蚀剂和刻蚀时间对c面蓝宝石单晶和图形化蓝宝石衬底的酸刻蚀行为的影响,深入研究了湿法刻蚀过程中图形化蓝宝石衬底的图形形貌演变、几何尺寸、刻蚀晶面暴露顺序和晶面刻蚀速率,并探讨了c面蓝宝石单晶和图形化蓝宝石衬底的湿法刻蚀机理。研究结果为图形化蓝宝石衬底的湿法刻蚀提供了理论指导,为实现图形化蓝宝石衬底表面图形结构的精细控制提供了理论基础。运用AFM与SEM表征,对比研究磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蚀剂对c面蓝宝石单晶的湿化学刻蚀行为,磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蚀剂对c面蓝宝石单晶均具有刻蚀能力,其中磷酸、硫酸混合刻蚀剂对c面蓝宝石单晶刻蚀能力最强,对蓝宝石单晶c面具有最快的刻蚀速率(15.46 nm/min)。硫酸与蓝宝石单晶反应生成不溶于硫酸的Al_2(SO_4)_3·17H_2O晶体,Al_2(SO_4)_3·17H_2O晶体对其底部蓝宝石单晶具有保护作用,并且Al_2(SO_4)_3·17H_2O晶体随刻蚀时间增加而不断增长,使蓝宝石单晶表面被硫酸刻蚀出具有多级台阶结构的四角锥体图形。系统研究磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蚀剂对图形化蓝宝石衬底的湿化学刻蚀行为。磷酸刻蚀剂中图形化蓝宝石衬底表面图形形貌随刻蚀时间演变:由圆锥形转变为多晶面角锥形,最后转变为三角锥形,图形的尺寸不断缩小。利用SEM和AFM表征得到的图形尺寸信息,准确确定刻蚀过程中暴露的(11 05)和(11 07)晶面,(11 05)晶面的刻蚀速率为64.13 nm/min,(11 07)晶面的刻蚀速率为34.73nm/min。硫酸对图形化蓝宝石衬底的表面图形具有刻蚀能力,但由于高温硫酸与图形化蓝宝石衬底反应生成不溶于硫酸溶液的Al_2(SO_4)_3·17H_2O晶体,不规则分布的Al_2(SO_4)_3·17H_2O晶体对其底部蓝宝石具有保护作用,阻碍硫酸对图形的刻蚀,蓝宝石衬底表面图形的形状发生不规则演变,图形形貌不再均一。刻蚀剂为磷酸、硫酸混合溶液(体积比为1:1),图形化蓝宝石衬底表面图形形貌随刻蚀时间演变:图形由圆锥形转变为六角锥形,最后转变为三角锥形,图形的尺寸不断缩小。
【关键词】：湿法刻蚀 c面蓝宝石单晶 图形化蓝宝石衬底 形貌演变 刻蚀速率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 第1章绪论9-26
- 1.1 课题研究的背景和意义9-11
- 1.2 图形化蓝宝石衬底在LED中的作用机理11-13
- 1.2.1 图形化蓝宝石衬底对LED光提取效率的影响11
- 1.2.2 图形化蓝宝石衬底对GaN外延层晶体质量的影响11-13
- 1.3 图形化蓝宝石衬底的图形形貌研究进展13-18
- 1.3.1 凹槽形图形化蓝宝石衬底13-15
- 1.3.2 圆孔形图形化蓝宝石衬底15-16
- 1.3.3 梯形和圆锥形图形化蓝宝石衬底16-17
- 1.3.4 半球形图形化蓝宝石衬底17-18
- 1.4 图形化蓝宝石衬底的制备技术研究进展18-24
- 1.4.1 干法刻蚀技术制备图形化蓝宝石衬底的研究进展18-20
- 1.4.2 湿法刻蚀技术制备图形化蓝宝石衬底的研究进展20-24
- 1.5 目前存在的问题与挑战24
- 1.6 本课题主要研究内容24-26
- 第2章实验材料与实验方法26-31
- 2.1 实验药品及材料26
- 2.2 实验仪器及表征方法26-27
- 2.3 实验方法27-29
- 2.3.1 蓝宝石单晶的清洗27
- 2.3.2 图形化蓝宝石衬底的清洗27-28
- 2.3.3 覆盖SiO_2掩膜的c面蓝宝石单晶的制备28
- 2.3.4 蓝宝石单晶的湿法刻蚀28-29
- 2.4 表征方法29-31
- 2.4.1 SEM表征29
- 2.4.2 AFM表征29
- 2.4.3 X射线衍射分析29-31
- 第3章c面蓝宝石单晶的湿化学刻蚀行为研究31-45
- 3.1 磷酸对c面蓝宝石单晶的湿化学刻蚀行为研究31-33
- 3.2 硫酸对c面蓝宝石单晶的湿化学刻蚀行为研究33-38
- 3.3 磷酸、硫酸混合液对c面蓝宝石单晶的湿化学刻蚀行为研究38-39
- 3.4 磷酸和硫酸刻蚀剂对c面蓝宝石刻蚀速率的研究39-44
- 3.4.1 覆盖无序SiO_2掩膜的蓝宝石衬底的制备39-41
- 3.4.2 磷酸刻蚀剂对c面蓝宝石刻蚀速率的研究41-43
- 3.4.3 磷酸、硫酸混合溶液对c面蓝宝石刻蚀速率的研究43-44
- 3.5 本章小结44-45
- 第4章磷酸和硫酸对图形化蓝宝石衬底的湿化学刻蚀行为研究45-60
- 4.1 磷酸对图形化蓝宝石衬底的湿化学刻蚀行为研究45-57
- 4.1.1 磷酸刻蚀图形化蓝宝石衬底前期阶段的刻蚀行为47-51
- 4.1.2 磷酸刻蚀图形化蓝宝石衬底中期阶段的刻蚀行为51-54
- 4.1.3 磷酸刻蚀图形化蓝宝石衬底后期阶段的刻蚀行为54-57
- 4.2 硫酸对图形化蓝宝石衬底的湿化学刻蚀行为研究57-59
- 4.3 本章小结59-60
- 第5章磷酸和硫酸混合刻蚀剂对图形化蓝宝石衬底的湿化学刻蚀行为研究60-71
- 5.1 硫酸、磷酸溶液刻蚀图形化蓝宝石衬底前期阶段的刻蚀行为61-65
- 5.2 硫酸、磷酸溶液刻蚀图形化蓝宝石衬底中期阶段的刻蚀行为65-67
- 5.3 硫酸、磷酸溶液刻蚀图形化蓝宝石衬底后期阶段的刻蚀行为67-70
- 5.4 本章小结70-71
- 结论71-72
- 参考文献72-80
- 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
- 致谢82
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