CN102315097A - 一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，该方法在衬底上制备一层薄膜，该薄膜结构可以是纳米棒构成的薄膜，或分布布拉格反射层，或者分布布拉格反射层加上纳米棒薄膜。其中分布布拉格反射层是纳米棒波膜和其它介质材料交替构成的；在薄膜上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到薄膜上，使纳米棒的外形呈半球体，圆锥体或圆台形；去除残留的光刻胶。本发明的优点在于：纳米棒形成的半球形图形化衬底的反射率，比常用的蓝宝石图形化衬底高，特别是对于斜角入射的光，反射率更高，这样有利于进一步提高衬底上发光二极管的光抽取效率。

Description

一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法
技术领域
本发明涉及化合物半导体领域，尤其是一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法。
背景技术
以氮化镓材料为代表的氮化物半导体材料广泛应用于白光发光二极管，遇到的一个主要问题是光抽取效率偏低，为了提高发光二极管的抽取效率，目前普遍采用的办法是制备图形化的蓝宝石衬底，在蓝宝石上刻蚀出半球状的凸起图形，用于增加衬底的反射效率。不过蓝宝石的折射率是1.8，和外延层的折射率(约2.3)差别不大，光从外延层进入衬底时，反射率不高，光的抽取效率提升有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，经该法生产的衬底反射率，比常用的蓝宝石图形化衬底高，特别是对于斜角入射的光，反射率更高，这样有利于进一步提高衬底上发光二极管的光抽取效率。
本发明的技术方案为：一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层含有纳米棒的薄膜；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到纳米棒薄膜上，使纳米棒的外形呈半球体或圆锥体；去除残留的光刻胶。薄膜的厚度为0.3-3um，薄膜的材料可以是二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiNx)或二氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)；薄膜制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法。掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆锥形，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。通过干法刻蚀，将掩模图形转移到纳米棒薄膜上，使纳米棒的外形呈半球形或圆锥形；其中半球体或圆锥体下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，间距为0.2-5.0um。
一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层分布布拉格反射层(DBR)；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层上，使其外形呈半球体或圆台形；去除残留的光刻胶。布拉格反射层是纳米棒薄膜和另一种介质材料交替构成的，有4-20个周期，厚度0.2-2um，薄膜的材料可以是SiO2或SiNx或TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法；构成布拉格反射层的另一种介质材料可以是SiNx或TiO2，制备方法为电子束蒸发。掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆台形，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球，或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层上，使布拉格反射层的外形呈半球形或圆台形；其中半球体或圆台下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，间距为0.2-5.0um。一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层分布布拉格反射层(DBR)；在布拉格反射层上制备一层含有纳米棒的薄膜；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到反射层和纳米薄膜上，使其外形呈半球体或圆锥体；去除残留的光刻胶。布拉格反射层是纳米棒波膜和另一种介质材料交替构成的，有4-20个周期，厚度0.2-2um，纳米棒薄膜的材料可以是SiO2或SiNx或TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法；构成布拉格反射层的另一种介质材料可以是SiNx，TiO2，制备方法为电子束蒸发。薄膜的厚度0.3-3um；纳米棒薄膜的材料可以是SiO2、SiNx、TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法。掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆锥体，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层和纳米棒上，使其外形呈半球形或圆锥体；其中半球体或圆锥下底宽度为0.2-5.0um；总高度为0.2-5.0um，其中反射层厚度0.2-2um，反射层上的圆锥形纳米棒高度0.3-3um；图形的间距为0.2-5.0um。
本发明的优点在于：纳米棒形成的半球形图形化衬底的反射率，比常用的蓝宝石图形化衬底高，特别是对于斜角入射的光，反射率更高，这样有利于进一步提高衬底上发光二极管的光抽取效率。纳米棒和其它介质的折射率差别比较大，就可以用较短的周期结构，得到布拉格反射层，且反射率比普通的布拉格反射层要更高一些，特别是对于垂直入射的光，反射率在98％以上。近似半球体的纳米棒和其下方的较薄的布拉格反射层构成的复合结构，对垂直入射的光，和斜角入射的光，反射率都比较高，这样就可以将入射到衬底上的光全部反射回去，从而有效提高光抽取效率。
附图说明
图1为在蓝宝石衬底上沉积的SiO2纳米棒薄膜的剖视图；
图2为SiO2纳米棒上制备的一层聚苯乙烯微球的剖视图；
图3为蓝宝石衬底上SiO2纳米棒形成的图形化衬底的剖视图；
图4为在硅衬底上沉积的分布布拉格反射层的剖视图；
图5为布拉格反射层上制备的光刻胶掩模的剖视图；
图6为硅衬底上用布拉格反射层形成的图形化衬底的剖视图；
图7为在蓝宝石衬底上沉积的分布布拉格反射层的剖视图；
图8为布拉格反射层上沉积SiO2纳米棒薄膜的剖视图；
图9为布拉格反射层和SiO2纳米棒薄膜上制备的光刻胶掩模的剖视图；
图10为蓝宝石衬底上用布拉格反射层和SiO2纳米棒薄膜共同形成的图形化衬底的剖视图。
具体实施方式
实例一
1、如图1所示，在蓝宝石衬底11上沉积一层SiO2纳米棒薄膜12，厚度为1.6um，纳米棒是用水热法制备的。
2、如图2所示，采用乳液聚合法在SiO2纳米棒上制备一层聚苯乙烯微球13，微球的直径约2.5um，微球间距0.5um。
3、通过干法刻蚀，用聚苯乙烯微球作掩模，刻蚀SiO2纳米棒薄膜，使SiO2纳米棒形成彼此分立的半球体，半球体的下底宽度为2.5um，高为1.5um，半球体之间的间距0.5um。
4、用硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的混合液，去除残留的光刻胶，形成最终的图形化衬底，如图3所示。
实例二
1、如图4所示，在Si衬底21上沉积一层分布布拉格反射层(DBR)22，该反射层是由TiO2薄膜和SiO2纳米棒薄膜交替构成的，共有八个周期，总厚度约为0.4um，SiO2纳米棒用电子束蒸发台斜角入射沉积法制备的，TiO2薄膜是用普通的电子束蒸发制备的。
2、如图5所示，采用纳米压印技术在SiO2纳米棒上制备光刻胶掩模23，掩模近似为圆台形，圆台的下底宽度为3um，上底宽度为2um，高度为2um。掩模图案的间距为1um；
3、通过干法刻蚀，将光刻胶的掩模图案转移到布拉格反射层，使布拉格反射层呈现彼此分立的圆台形状，圆台的下底宽度为3um，上底宽度为2.6um，高度为0.4um，圆锥体之间的间距1um。
4、用去胶液去除残留的光刻胶，形成最终的图形化衬底，如图6所示。
实例三
1、如图7所示，在蓝宝石衬底31上沉积一层分布布拉格反射层(DBR)32，该反射层是由TiO2薄膜和SiO2纳米棒薄膜交替构成的，共有六个周期，总厚度约为0.3um，SiO2纳米棒用电子束蒸发台斜角入射沉积法制备的，TiO2薄膜是用普通的电子束蒸发制备的。
2、如图8所示在布拉格反射层上用电子束蒸发台斜角入射沉积法制备一层厚度为1.2um的SiO2纳米棒薄膜33。
3、如图9所示，采用纳米压印技术在SiO2纳米棒上制备光刻胶掩模34，掩模近似为圆锥体，下底宽度为2.5um，，高度为1.6um。掩模图案的间距为0.5um；
4、通过干法刻蚀，将光刻胶的掩模图案转移到SiO2纳米棒和布拉格反射层上，使其呈现出彼此分立的圆锥体，圆锥体的下底宽度为2.5um。高度为1.5um，其中反射层的厚度0.3um，反射层之上的锥形SiO2纳米棒高度1.2um。圆锥体之间的间距0.5um。
5、用去胶液去除残留的光刻胶，形成最终的图形化衬底，如图10所示。

Claims (13)

1.一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层含有纳米棒的薄膜；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到纳米棒薄膜上，使纳米棒的外形呈半球体或圆锥体；去除残留的光刻胶。
2.如权利要求1所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：薄膜的厚度为0.3-3um，薄膜的材料可以是SiO2或SiNx或TiO2或ZnO；薄膜制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法。
3.如权利要求1或2所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆锥形，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。
4.如权利要求1或2所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：通过干法刻蚀，将掩模图形转移到纳米棒薄膜上，使纳米棒的外形呈半球形或圆锥形；其中半球体或圆锥体下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，间距为0.2-5.0um。
5.一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层分布布拉格反射层；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层上，使其外形呈半球体或圆台形；去除残留的光刻胶。
6.如权利要求5所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：布拉格反射层是纳米棒薄膜和另一种介质材料交替构成的，有4-20个周期，厚度0.2-2um，薄膜的材料可以是SiO2或SiNx或TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法；构成布拉格反射层的另一种介质材料可以是SiNx或TiO2，制备方法为电子束蒸发。
7.如权利要求5或6所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆台形，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球，或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。
8.如权利要求5或6所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层上，使布拉格反射层的外形呈半球形或圆台形；其中半球体或圆台下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，间距为0.2-5.0um。
9.一种用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其步骤：在衬底上制备一层分布布拉格反射层；在布拉格反射层上制备一层含有纳米棒的薄膜；在纳米棒上制备用于刻蚀的掩模；通过干法刻蚀，将掩模图形转移到反射层和纳米薄膜上，使其外形呈半球体或圆锥体；去除残留的光刻胶。
10.如权利要求9所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：布拉格反射层是纳米棒波膜和另一种介质材料交替构成的，有4-20个周期，厚度0.2-2um，纳米棒薄膜的材料可以是SiO2或SiNx或TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法；构成布拉格反射层的另一种介质材料可以是SiNx，TiO2，制备方法为电子束蒸发。
11.如权利要求9或10所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：薄膜的厚度0.3-3um；纳米棒薄膜的材料可以是SiO2、SiNx、TiO2或ZnO；制备方法采用斜角入射沉积法或水热法或乳液聚合法。
12.如权利要求9或10所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：掩模可以是用纳米压印技术或光刻技术制备的光刻胶掩模，掩模近似为半球形或圆锥体，掩模图案的下底宽度为0.2-5.0um，高度为0.2-5.0um，掩模图案的间距为0.2-5.0um；掩模也可以是用溶液法制备的SiO2纳米球或用乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球，球体直径0.2-5.0um，球体间距为0.2-5.0um。
13.如权利要求9或10所述的用纳米棒制备的图形化衬底的方法，其特征在于：通过干法刻蚀，将掩模图形转移到布拉格反射层和纳米棒上，使其外形呈半球形或圆锥体；其中半球体或圆锥下底宽度为0.2-5.0um；总高度为0.2-5.0um，其中反射层厚度0.2-2um，反射层上的圆锥形纳米棒高度0.3-3um；图形的间距为0.2-5.0um。
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JP2011159650A (ja) 発光素子

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