CN103022293A - 图形衬底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图形衬底，包括基本衬底，在基本衬底的正面刻蚀形成以阵列形式排列的图形凸起；其特征是：所述图形凸起由多层凸起组成，每一层凸起的宽度自下而上递减，上一层凸起的底部宽度与下一层凸起的顶部宽度相同；所述图形凸起的最上一层凸起的形状为多边锥形、多边柱形、多边梯形或多边方台形。所述基本衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。所述图形凸起的材料与基本衬底的材料相同。所述图形凸起最上一层凸起的材料与基本衬底的材料不同，图形凸起最上一层以下的凸起材料与基本衬底的材料相同；所述图形凸起最上一层凸起的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs。本发明增加了反射面，减少光在内部的多次反射，可以有效地提高芯片的光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种图形衬底及其制备方法，属于LED芯片结构技术领域。
背景技术
图形化衬底（PSS，Patterned Sapphire Substrate），也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP（Inductively Coupled Plasma，即感应耦合等离子体刻蚀）技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。一方面可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命；另一方面有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。综合这两方面的原因，使PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。
随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对GaN基LED器件PSS衬底的研究也逐渐增多。如今各厂家纷纷采用PSS技术，以提高LED器件的光提取效率。现有的图形化衬底虽然图形种类较多，但基本上都是采用同一种材质的单一层次图形衬底。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种图形衬底及其制备方法，增加了反射面，减少光在内部的多次反射，可以有效地提高芯片的光提取效率。
按照本发明提供的技术方案，所述图形衬底，包括基本衬底，在基本衬底的正面刻蚀形成以阵列形式排列的图形凸起；其特征是：所述图形凸起由多层凸起组成，每一层凸起的宽度自下而上递减，上一层凸起的底部宽度与下一层凸起的顶部宽度相同；
在一个具体实施方式中，所述图形凸起的最上一层凸起的形状为多边锥形、多边柱形、多边梯形或多边方台形。
在一个具体实施方式中，所述图形凸起的最上一层凸起的形状圆柱形、圆锥形、梯形圆台、三角锥形、长方体形、方柱形、三棱柱、梯形台、五棱锥形、五边柱形、五棱梯台、六棱锥形、六棱柱形或六棱梯台形。
在一个具体实施方式中，所述基本衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。
在一个具体实施方式中，所述图形凸起的材料与基本衬底的材料相同。
在一个具体实施方式中，所述图形凸起最上一层凸起的材料与基本衬底的材料不同，图形凸起最上一层以下的凸起材料与基本衬底的材料相同；所述图形凸起最上一层凸起的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs。
在一个具体实施方式中，相邻两个图形凸起的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起的底面直径为0.1~50μm。
本发明所述图形衬底的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底，基本衬底采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；在基本衬底的上表面生成一层异质衬底得到复合衬底，异质衬底的厚度为0.5~2μm，异质衬底的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
（2）对复合衬底进行清洗；
（3）在复合衬底的导质衬底上表面涂光刻胶，涂胶厚度为0.5~4μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（4）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为0.1~4μm，在基本衬底的正面刻蚀得到图形凸起，图形凸起以阵列形式排列在基本衬底的正面，图形凸起由多层宽度自下而上依次递减的凸起组成；相邻两个图形凸起的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起的底面直径为0.1~50μm；
（5）将步骤（4）刻蚀后的复合衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
本发明所述图形衬底的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底，基本衬底采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；
（2）在基本衬底上表面涂光刻胶，涂胶厚度为0.5~4μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（3）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为0.1~4μm，在基本衬底的正面刻蚀得到图形凸起，图形凸起以阵列形式排列在基本衬底的正面，图形凸起由多层宽度自下而上依次递减的凸起组成；相邻两个图形凸起的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起的底面直径为0.1~50μm；
（4）将步骤（3）刻蚀后的基本衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
本发明所述的图形衬底增加了反射面，减少光在内部的多次反射，可以有效地提高芯片的光提取效率。
附图说明
图1~图2为本发明所述图形衬底的剖面结构示意图。
图3~图4为本发明所述图形衬底制造方法的具体工艺实施剖视图，其中：
图3为得到复合衬底的剖面结构示意图。
图4为涂光刻胶后的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1~图2所示：本发明所述图形衬底包括基本衬底1，在基本衬底1的正面刻蚀形成以阵列形式排列的图形凸起2；如图1所示，所述图形凸起2由多层凸起组成，每一层凸起的宽度自下而上递减，上一层凸起的底部宽度与下一层凸起的顶部宽度相同，最上一层凸起的形状为多边锥形、多边柱形、多边梯形或多边方台形，具体的如圆柱形、圆锥形、梯形圆台、三角锥形、长方体形、方柱形、三棱柱、梯形台、五棱锥形、五边柱形、五棱梯台、六棱锥形、六棱柱形、六棱梯台形等；
所述基本衬底1具体可以为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底等；
作为一种实施方式，所述图形凸起2的材料与基本衬底1的材料相同；
作为另一种实施方式，所述图形凸起2最上一层凸起的材料与基本衬底1的材料不同，图形凸起2最上一层以下的凸起材料与基本衬底1的材料相同；所述图形凸起2最上一层凸起的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
相邻两个图形凸起2的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起2的底面直径为0.1~50μm。
实施例一：所述图形衬底的制备方法，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底1，基本衬底1采用蓝宝石衬底；如图3所示，在基本衬底1的上表面生成一层异质衬底3a得到复合衬底，异质衬底3a的厚度为0.5μm，异质衬底3a的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
（2）对复合衬底进行清洗；
（3）如图4所示，在复合衬底的导质衬底3a上表面涂光刻胶4a，涂胶厚度为0.5μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（4）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为1μm，在基本衬底1的正面刻蚀得到图形凸起2，如图1所示，图形凸起2以阵列形式排列在基本衬底1的正面，图形凸起2由上层凸起2a和下层凸起2b组成，上层凸起2a的底部宽度与下层凸起2b的顶部宽度相同，上层凸起2a和下层凸起2b的宽度由下至上依次递减；相邻两个图形凸起2的顶部之间的距离为0.5μm，图形凸起2的底面直径为0.1μm；其中，上层凸起2a的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs，下层凸起2b的材料与基本衬底1相同；
（5）将步骤（4）刻蚀后的复合衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
实施例二：所述图形衬底的制备方法，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底1，基本衬底1采用碳化硅衬底；如图3所示，在基本衬底1的上表面生成一层异质衬底3a得到复合衬底，异质衬底3a的厚度为2μm，异质衬底3a的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
（2）对复合衬底进行清洗；
（3）如图4所示，在复合衬底的导质衬底3a上表面涂光刻胶4a，涂胶厚度为4μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（4）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为4μm，在基本衬底1的正面刻蚀得到图形凸起2，如图2所示，图形凸起2以阵列形式排列在基本衬底1的正面，图形凸起2由从下至上依次分布的第一层凸起21、第二层凸起22和第三层凸起23组成，第二层凸起22的底部宽度与第一层凸起21的顶部宽度相同，第三层凸起23的底部宽度与第二层凸起22的顶部宽度相同，第一层凸起21、第二层凸起22和第三层凸起23的宽度自下而上依次递减；相邻两个图形凸起2的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起2的底面直径为0.1~50μm；其中，第一层凸起21和第二层凸起22的材料与基本衬底1的材料相同，第三层凸起23的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
（5）将步骤（4）刻蚀后的复合衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
实施例三：所述图形衬底的制备方法，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底1，基本衬底1采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；
（2）在基本衬底上表面涂光刻胶4a，涂胶厚度为1μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（3）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为1μm，在基本衬底1的正面刻蚀得到图形凸起2，如图1所示，图形凸起2以阵列形式排列在基本衬底1的正面，图形凸起2由上层凸起2a和下层凸起2b组成，上层凸起2a的底部宽度与下层凸起2b的顶部宽度相同，上层凸起2a和下层凸起2b的宽度由下至上依次递减；相邻两个图形凸起2的顶部之间的距离为0.5μm，图形凸起2的底面直径为0.1μm；
（4）将步骤（3）刻蚀后的基本衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
Claims (9)
1.一种图形衬底，包括基本衬底（1），在基本衬底（1）的正面刻蚀形成以阵列形式排列的图形凸起（2）；其特征是：所述图形凸起（2）由多层凸起组成，每一层凸起的宽度自下而上递减，上一层凸起的底部宽度与下一层凸起的顶部宽度相同。
2.如权利要求1所述的图形衬底，其特征是：所述图形凸起（2）的最上一层凸起的形状为多边锥形、多边柱形、多边梯形或多边方台形。
3.如权利要求1或2所述的图形衬底，其特征是：所述图形凸起（2）的最上一层凸起的形状圆柱形、圆锥形、梯形圆台、三角锥形、长方体形、方柱形、三棱柱、梯形台、五棱锥形、五边柱形、五棱梯台、六棱锥形、六棱柱形或六棱梯台形。
4.如权利要求1所述的图形衬底，其特征是：所述基本衬底（1）为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底。
5.如权利要求1所述的图形衬底，其特征是：所述图形凸起（2）的材料与基本衬底（1）的材料相同。
6.如权利要求1所述的图形衬底，其特征是：所述图形凸起（2）最上一层凸起的材料与基本衬底（1）的材料不同，图形凸起（2）最上一层以下的凸起材料与基本衬底（1）的材料相同；所述图形凸起（2）最上一层凸起的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs。
7.如权利要求1所述的图形衬底，其特征是：相邻两个图形凸起（2）的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起（2）的底面直径为0.1~50μm。
8.一种图形衬底的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底（1），基本衬底（1）采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；在基本衬底（1）的上表面生成一层异质衬底（3a）得到复合衬底，异质衬底（3a）的厚度为0.5~2μm，异质衬底（3a）的材料为SiO2、Si3N4、ZnO2、Si或GaAs；
（2）对复合衬底进行清洗；
（3）在复合衬底的导质衬底（3a）上表面涂光刻胶（4a），涂胶厚度为0.5~4μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（4）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为0.1~4μm，在基本衬底（1）的正面刻蚀得到图形凸起（2），图形凸起（2）以阵列形式排列在基本衬底（1）的正面，图形凸起（2）由多层宽度自下而上依次递减的凸起组成；相邻两个图形凸起（2）的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起（2）的底面直径为0.1~50μm；
（5）将步骤（4）刻蚀后的复合衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
9.一种图形衬底的制备方法，其特征是，采用以下工艺步骤：
（1）提供具有正面和背面的基本衬底（1），基本衬底（1）采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底或硅衬底；
（2）在基本衬底上表面涂光刻胶（4a），涂胶厚度为0.5~4μm，进行曝光显影，露出需要刻蚀的区域；
（3）采用干法刻蚀和湿法刻蚀分别刻蚀一次，总的刻蚀深度为0.1~4μm，在基本衬底（1）的正面刻蚀得到图形凸起（2），图形凸起（2）以阵列形式排列在基本衬底（1）的正面，图形凸起（2）由多层宽度自下而上依次递减的凸起组成；相邻两个图形凸起（2）的顶部之间的距离为0.5~50μm，图形凸起（2）的底面直径为0.1~50μm；
（4）将步骤（3）刻蚀后的基本衬底进行清洗，清洗去剩余的光刻胶，得到所述的图形衬底。
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