论文部分内容阅读
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Al2（SO4）3·17H2O晶体,Al2（SO4）3·17H2O晶体对其底部蓝宝石单晶具有保护作用,并且Al2（SO4）3·17H2O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Al2（SO4）3·17H2O晶体,不规则分布的Al2（SO4）3·17H2O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。