LED用圖形化藍(lán)寶石襯底的酸刻蝕行為研究.pdf

1、圖形化藍(lán)寶石襯底是在平片藍(lán)寶石襯底表面刻蝕出周期性圖形陣列，其在提升GaN基LED的發(fā)光性能方面具有較大優(yōu)勢。針對目前濕法刻蝕圖形化藍(lán)寶石襯底的刻蝕機理不深入的問題，本文系統(tǒng)研究了刻蝕劑和刻蝕時間對c面藍(lán)寶石單晶和圖形化藍(lán)寶石襯底的酸刻蝕行為的影響，深入研究了濕法刻蝕過程中圖形化藍(lán)寶石襯底的圖形形貌演變、幾何尺寸、刻蝕晶面暴露順序和晶面刻蝕速率，并探討了c面藍(lán)寶石單晶和圖形化藍(lán)寶石襯底的濕法刻蝕機理。研究結(jié)果為圖形化藍(lán)寶石襯底的濕法刻蝕

2、提供了理論指導(dǎo)，為實現(xiàn)圖形化藍(lán)寶石襯底表面圖形結(jié)構(gòu)的精細(xì)控制提供了理論基礎(chǔ)。
　　運用AFM與SEM表征，對比研究磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蝕劑對c面藍(lán)寶石單晶的濕化學(xué)刻蝕行為，磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蝕劑對c面藍(lán)寶石單晶均具有刻蝕能力，其中磷酸、硫酸混合刻蝕劑對c面藍(lán)寶石單晶刻蝕能力最強，對藍(lán)寶石單晶c面具有最快的刻蝕速率（15.46nm/min）。硫酸與藍(lán)寶石單晶反應(yīng)生成不溶于硫酸的Al2(SO4)3·17H2O晶體，Al2

3、(SO4)3·17H2O晶體對其底部藍(lán)寶石單晶具有保護作用，并且Al2(SO4)3·17H2O晶體隨刻蝕時間增加而不斷增長，使藍(lán)寶石單晶表面被硫酸刻蝕出具有多級臺階結(jié)構(gòu)的四角錐體圖形。
　　系統(tǒng)研究磷酸、硫酸和磷酸硫酸混合刻蝕劑對圖形化藍(lán)寶石襯底的濕化學(xué)刻蝕行為。磷酸刻蝕劑中圖形化藍(lán)寶石襯底表面圖形形貌隨刻蝕時間演變：由圓錐形轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑娼清F形，最后轉(zhuǎn)變?yōu)槿清F形，圖形的尺寸不斷縮小。利用SEM和AFM表征得到的圖形尺寸信息，準(zhǔn)確

4、確定刻蝕過程中暴露的（1-105）和（1-107）晶面，（1-105）晶面的刻蝕速率為64.13nm/min，（1-107）晶面的刻蝕速率為34.73nm/min。硫酸對圖形化藍(lán)寶石襯底的表面圖形具有刻蝕能力，但由于高溫硫酸與圖形化藍(lán)寶石襯底反應(yīng)生成不溶于硫酸溶液的Al2(SO4)3·17H2O晶體，不規(guī)則分布的Al2(SO4)3·17H2O晶體對其底部藍(lán)寶石具有保護作用，阻礙硫酸對圖形的刻蝕，藍(lán)寶石襯底表面圖形的形狀發(fā)生不規(guī)則演變，圖