CN101814426A - 蓝宝石图形衬底的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：(1)在蓝宝石的上表面沉积一层低折射率材料、厚度为1埃-999埃的薄膜；(2)用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；(3)通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度为0.5-3μm、间距0.5-3μm的凸起，凸起厚度为1埃-999埃；(4)清洗蓝宝石，去除残留的光阻。本发明具有能大大降低制作PSS成本、增加光的全反射角从而更有利于出光、提高出光效率、更有利于激光剥离、提高成品LED芯片优良率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料，尤其涉及一种蓝宝石图形衬底的制作方法。
背景技术：
现在国际上普遍应用的氮化镓基发光二极管主要是异质外延在平坦的衬底上，其中衬底可以为蓝宝石、碳化硅或硅，这种结构主要缺点在于：1、由于没有晶格匹配的衬底材料，氮化镓基发光二极管都是异质外延生长在蓝宝石、碳化硅或硅等衬底上，晶格常数的差异使外延材料存在着很多的位错，这些缺陷限制了发光二极管的内量子效率；2、光从外延层进入衬底时，由于界面比较平坦，光的入射角比较小，且氮化镓和衬底折射率相差不大，导致反射率低，大部分光会逸出到衬底，不能有效反射回外延层，大大降低了氮化镓基发光二极管的出光效率，尤其是碳化硅为衬底的氮化镓基蓝绿光发光二极管的衬底的折射系数与氮化镓相当，光从外延层逸出到衬底的几率为100％。
为了提高氮化镓基发光二极管的出光效率，已有多项研究工作围绕图形化衬底展开，主要是通过刻蚀蓝宝石，制作图形衬底。如公开号为1020080087406、1020060127623的韩国专利，在蓝宝石衬底上制作半球形的掩膜，再刻蚀蓝宝石得到半球形的图案，上述方法虽然部分减少了外延缺陷和提高了出光效率，但仍然存在如下缺点：
1、由于蓝宝石的折射率为1.8，同氮化镓的折射率比较接近，当光从外延层进入图形衬底时，反射率提高不明显，对于GaN基发光二极管出光率的改善达不到预期效果。
2、由于蓝宝石衬底比较坚硬，制作过程对设备和工艺要求很高，特别是蓝宝石的干法刻蚀，需要氦气冷却系统、高密度的等离子体，普通的刻蚀设备，不能满足要求，同样湿法腐蚀需要在高温下使用强酸，制作过程难控制，从而导致成品率低，增加了生产成本。
另外，目前蓝光LED(蓝色发光二极管)大多以蓝宝石为衬底。为了满足液晶背光市场，必须提高LED的发光效率，所以现在又在蓝宝石上刻蚀出微米级的小山丘或其它图形，并以小山丘或其它图形做衬底，称为图形衬底(Patternsaphire substract，PSS)，以PSS为衬底的LED光功率输出可以提高20％以上。但是蓝宝石很坚硬，刻蚀出微米级的小山丘或其它图形需要采用干法刻蚀(ICP刻蚀)，并且对光刻要求很高，需要用3μm以上厚的光刻胶，光刻出直径1--3μm、间距0.5--2μm的光刻胶圆柱，这就需要stepper等先进的光刻机，并且在大面积的蓝宝石衬底下很难保证没有缺陷，所以制作PSS的成本很高，成品LED芯片优良率也不高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能大大降低制作PSS成本、增加光的全反射角从而提高出光效率、更有利于激光剥离、提高成品LED芯片优良率的蓝宝石图形衬底的制作方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，特征是：
(1)、在蓝宝石上沉积一层低折射率材料、厚度为1埃---999埃的薄膜；
(2)、用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；
(3)、通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度为0.5--3μm、间距0.5--3μm的凸起，凸起高度为1埃---999埃；
(4)、清洗蓝宝石，去除残留的光阻。
其中，所述的薄膜为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化钛等材料中的一种。
其中，所述的薄膜折射率小于2.5。
其中，所述的图形为近似的半球形、圆锥形或圆台形或多边体形。
其中，所述步骤(1)的薄膜制备方法为PECVD、电子束蒸发、溅射或溶胶凝胶中的一种。
其中，所述的步骤(2)在薄膜上制备图像的方法为匀胶、光刻、显影、热板烘烤制作刻蚀掩膜。
其中，所述的步骤(3)通过干法刻蚀或湿法腐蚀图形。
本发明的有益效果是：(1)、由于在蓝宝石上沉积低折射率材料的薄膜，其硬度低，制备过程容易控制，对生产设备和工艺条件无特殊要求，制备方法简单多样，成品率高，降低了生产成本；(2)用折射率接近于1的薄膜材料制备的图形衬底，一方面，由于图形为圆锥或半圆形，光从外延层进入衬底时，入射角度会增大；另一方面，图形的折射率比较低，反射率会大大提高，更多的光从透明电极出射，增加了光的抽取效率。本发明提供了理想的薄膜厚度范围：1埃---999埃，而此范围易被大家所忽视。因此，本发明具有能大大降低制作PSS成本、增加光的全反射角从而更有利于出光、提高出光效率、更有利于激光剥离、提高成品LED芯片优良率的优点。
附图说明：
图1是本发明第一个步骤的剖视示意图；
图2是本发明第二个步骤的剖视示意图；
图3是本发明第三个步骤中刻蚀后的剖视示意图；
图4是本发明第三个步骤中图形转移后的剖视示意图；
图5为图4的俯视图
图6是本发明长了外延层的剖视示意图。
具体实施方式：
下面用2个实施例对本发明的方法进行进一步的说明。
实施例1：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：
(1)、在2英寸C面蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率材料、厚度为500埃的薄膜，薄膜的材料为氮化硅(SiN)；
(2)、用光阻在氮化硅薄膜上制备半球状掩模；
(3)、通过干法刻蚀，将半球状的光阻掩模图形转移到氮化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成半球状的氮化硅凸起，半球之间的氮化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；
(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4∶H2O2＝3∶1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。
通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度0.5μm，高度为500埃，图形之间的间距0.5μm。
实施例2：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：
(1)、在2英寸蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率材料、厚度为400埃的薄膜，薄膜的材料为二氧化硅(SiO2)；
(2)、用光阻在二氧化硅薄膜上制备圆锥形掩模；
(3)、通过干法刻蚀，将圆锥形的光阻掩模图形转移到二氧化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成圆锥形的二氧化硅凸起，圆锥之间的二氧化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；
(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4∶H2O2＝3∶1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。
通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度3μm，高度为400埃，图形之间的间距3μm。
实施例3：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：
(1)、在2英寸C面蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率材料、厚度为1埃的薄膜，薄膜的材料为氮化硅(SiN)；
(2)、用光阻在氮化硅薄膜上制备半球状掩模；
(3)、通过干法刻蚀，将半球状的光阻掩模图形转移到氮化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成半球状的氮化硅凸起，半球之间的氮化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；
(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4∶H2O2＝3∶1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。
通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度2μm，高度为1埃，图形之间的间距2μm。
实施例4：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：
(1)、在2英寸蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率材料、厚度为1埃的薄膜，薄膜的材料为二氧化硅(SiO2)；
(2)、用光阻在二氧化硅薄膜上制备圆锥形掩模；
(3)、通过干法刻蚀，将圆锥形的光阻掩模图形转移到二氧化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成圆锥形的二氧化硅凸起，圆锥之间的二氧化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；
(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4∶H2O2＝3∶1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。
通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度1μm，高度为1埃，图形之间的间距1μm。
实施例5：
一种蓝宝石图形衬底的制作方法，具体步骤是：
(1)、在2英寸蓝宝石衬底的上表面利用化学气相沉积的方法生长一层低折射率材料、厚度为700埃的薄膜，薄膜的材料为二氧化硅(SiO2)；
(2)、用光阻在二氧化硅薄膜上制备圆锥形掩模；
(3)、通过干法刻蚀，将圆锥形的光阻掩模图形转移到二氧化硅薄膜上，在蓝宝石衬底上形成圆锥形的二氧化硅凸起，圆锥之间的二氧化硅材料刻蚀干净，露出蓝宝石衬底；
(4)、用150摄氏度的3号液(H2SO4∶H2O2＝3∶1)清洗蓝宝石衬底，制备出蓝宝石图形衬底。
通过上述步骤形成的氮化镓基发光二极管外延衬底的图形为下底的宽度1μm，高度为700埃，图形之间的间距1μm。
如上四个实施例中氮化镓基发光二极管外延衬底的图形的尺寸会因所采用的设备不同，最终形状、大小会有不同。
应当理解是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的非实质性的替换或修改的发明创造均落入本发明保护范围之内。
Claims (7)
1.一种蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：
(1)、在蓝宝石的上表面沉积一层低折射率材料、厚度为1埃---999埃的薄膜；
(2)、用光阻在所述的薄膜上制备掩模图形；
(3)、通过刻蚀，将光刻胶掩模的图形转移到所述的薄膜上，得到图形下底的宽度为0.5--3μm、间距0.5--3μm的凸起，凸起厚度为1埃---999埃；
(4)、清洗蓝宝石，去除残留的光阻。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述的薄膜为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者二氧化钛等材料中的一种。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述的薄膜折射率小于2.5。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述的图形为近似的半球形、圆锥形或圆台形或多边体形。
5.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)的薄膜制备方法为PECVD、电子束蒸发、溅射或溶胶凝胶中的一种。
6.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述的步骤(2)在薄膜上制备图像的方法为匀胶、光刻、显影、热板烘烤制作刻蚀掩膜。
7.根据权利要求1所述的蓝宝石图形衬底的制作方法，其特征在于：所述的步骤(3)通过干法刻蚀或湿法腐蚀图形。
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