论文部分内容阅读
蓝宝石由于其优良的物理化学综合性能，目前被广泛用作LED衬底，同时也是光学探测窗口常用材料之一。蓝宝石图形衬底，是指在蓝宝石表面制备出周期性亚微结构图案；其作为基于蓝宝石衬底发展而来的新型衬底，有望解决常规未处理的蓝宝石衬底应用于LED领域时所出现的LED出光效率不高等问题；此外，可克服常规蓝宝石光学窗口的宽波段透波率不佳等现象。然而，目前制备图形化蓝宝石衬底的方法，是对蓝宝石直接进行湿法或干法刻蚀，存在效率低和成本高等问题。本文采用纳米压印法，介绍了蓝宝石纳米图形衬底的一种制备新工艺，并对图形衬底进行了评价。压印法制备图形衬底主要包括溅射铝膜、PDMS软印章的制备、旋涂光刻胶、紫外压印、刻蚀与退火外延等步骤。本文采用一系列表征手段（XRD、SEM和AFM），研究了溅射铝膜过程中工作气压、溅射功率、基片温度对铝膜形貌、沉积速度及结晶质量的影响；研究了纳米压印中光刻胶旋涂速度、压强、曝光强度的影响；研究了在蓝宝石表面生成蓝宝石外延薄膜的高温退火工艺。在此基础上，结合数值计算，分别采用Tracepro软件和Filmstar软件对蓝宝石图形衬底在LED出光率与光学窗口透光率方面的应用进行了分析。实验结果表明，通过控制溅射气压、功率、基片温度（0.2Pa、60W、70℃）可得到高质量铝膜（Ra=1.346nm）；以AAO为模板采用旋涂法可制备PDMS软印章；纳米压印中，光刻胶厚度、压强、曝光强度具有重要影响，随旋涂速度增大，胶层厚度先急剧下降后趋于平缓，通过控制旋涂速度、压强、压印时间、曝光（3000rpm、300mbar、300s、45s）制备出胶层厚度210nm、图形深度65nm、残胶厚度30nm的纳米图形；利用离子束刻蚀、反应离子刻蚀将光刻胶图形转移到铝膜，通过控制气体流量、离子束流、中和电流、气压、刻蚀角度(3sccm、60mA、75mA、1.6×10-2Pa、30°)等参数得到图形化铝膜；采用低温450℃、高温1000℃固相外延条件可得到（0006）半峰宽为0.0133°的高质量蓝宝石图形衬底。对图形化蓝宝石衬底对LED出光率影响的计算表明，随图形占位比增加或图形深度增加，出光率提高；侧壁倾斜的衬底效果优于侧壁垂直的衬底，采用侧壁角度为45°的图形衬底出光率可达61.8%。对光学窗口透光率影响的计算表明，随占位比增大，图形衬底透光率呈先上升后下降趋势，当图形占位比为0.296、高度为90nm时透光率达91.53%。