CN104319318A - 一种具有低折射率材料的led图形化衬底的制备方法 - Google Patents

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张勇辉
魏同波
王军喜
李晋闽
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Abstract

本发明公开了一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法，包含以下步骤：步骤1：在图形衬底上沉积低折射率材料；步骤2：在低折射率材料表面旋涂第一光刻胶；步骤3：利用光刻技术，对没有图形的地方进行光刻，而使图形衬底上的图形被光刻胶保护；步骤4：利用光刻胶做为掩摸，干法刻蚀掉无掩摸保护处的低折射率材料；步骤5：湿法去除光刻胶并清洗，完成图形衬底的制备。本发明不仅能保持图形衬底的图形形貌对光的散射作用，而低折射率材料将进一步加强这种散射效果，使更多的光被直接散射到氮化镓中而不是进入衬底传播。

Description

一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法。
背景技术
发光二极管具有节能环保等优点受到广泛重视。尤其大功率白光二极管作为第三代照明光源已经由室外装饰、工程照明逐渐走进家庭室内照明，在未来几年有可能取代白炽灯、荧光灯。
发光效率是发光二极管的一个重要参数，表示二极管把电转换为光的能力。影响发光二极管光效的主要因素有电注入效率、内量子阱效率、光提取效率。通过芯片结构和外延技术的优化和改进电注入效率和内量子阱效率都已达到较高值，其中氮化镓基发光二极管内量子阱效率已普遍达到70％以上。而目前发光二极管光提取效率依然较低，成为限制发光二极管光效的主要因素，平面衬底发光二极管光提取效率只有21％。发光二极管光提取效率较低主要是因为芯片材料折射率一般较大，光在芯片与空气的界面处发生全反射，而全反射角较小，只有很少一部分(1/4n2)光能被提取出去。波长为460nm的光在氮化镓中的折射率为2.4，空气界面处全反射临界角较小只有23.5°，理论上只有约4％的光能被提取出去，其余被反射的光在芯片内部以波导形式存在直至被吸收。
目前，表面粗化及图形衬底技术是最广泛用来去提高发光二极管光提取效率方法。特别是图形衬底技术已经在工业上得到大量使用，由于其不但能提高LED的光提取效率还能进一步改善外延薄膜的晶体质量。已经有报道，通过在平面蓝宝石与氮化镓界面插入一层低折射率介质层。这层低折射率层能够有效的反射光回到氮化镓中，减少光在蓝宝石中的传播，从而使更多的光从氮化镓端出射，提高光提取效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法，其是在已有的图形衬底上在覆盖一层低折射率材料，并通过光刻方法使图形衬底上有图形的地方被低折射率材料覆盖，从而增加图形衬底对光的散射效果，提高LED的发光效率。
本发明提供了一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：在图形衬底上沉积低折射率材料；
步骤2：在低折射率材料表面旋涂第一光刻胶；
步骤3：利用光刻技术，对没有图形的地方进行光刻，而使图形衬底上的图形被光刻胶保护；
步骤4：利用光刻胶做为掩摸，干法刻蚀掉无掩摸保护处的低折射率材料；
步骤5：湿法去除光刻胶并清洗，完成图形衬底的制备。
本发明提出的方案是在图形衬底的图案上覆盖一层低折射率材料，这样不仅能保持了图形衬底的图形形貌对光的散射作用，而低折射率材料将进一步加强这种散射效果，使更多的光被直接散射到氮化镓中而不是进入衬底传播。
附图说明
图1是本发明中具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法流程图；
图2(a)～(e)是依照本发明制备具有低折射率材料的LED图形化衬底的工艺流程示意图，其中：
图2(a)为蓝宝石图形衬底10的示意图；
图2(b)为蓝宝石图形衬底10上沉积上低折射率材料11的示意图；
图2(c)为在低折射率材料11上在旋涂一层光刻胶12的示意图；
图2(d)为利用光刻技术，使图形衬底上的图形部分被光刻胶12覆盖的示意图；
图2(e)为利用干法刻蚀技术去除暴露出来的低折射率材料，并去除残留光刻胶12后的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2(a)-(e)所示，本发明提供了一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：在图形衬底10上沉积低折射率材料11；图形衬底10参见图2(a)，沉积了低折射率材料11后的图形衬底10参见(b)；
步骤2：在低折射率材料11表面旋涂第一光刻胶12；参见图2(c)；
步骤3：利用光刻技术，通过光刻版对准工艺，仅对没有图形的地方进行曝光，然后显影，使图形衬底10上的图形被光刻胶12保护；参见图2(d)；
步骤4：利用光刻胶12做为掩摸，干法刻蚀掉无掩摸保护处的低折射率材料11，图形衬底10有光刻胶的地方被低折射率材料11覆盖；参见图2(e)；
步骤5：湿法去除光刻胶12并清洗，完成图形衬底的再加工；参见图2(f)；
其中，步骤1中所提到的图形衬底为蓝宝石图形衬底，碳化硅图形衬底，氮化镓图形衬底或氮化铝图形衬底。
其中，步骤1中所提到的图形衬底上的图形包括圆锥、圆柱等凸出图形，也包括圆洞、倒圆锥等凹坑图形。
其中，步骤1中低折射率的材料包括氧化硅、氮化硅等折射率在1-2.4之间的材料。
其中，步骤1中低折射率的材料薄膜的厚度为：10-1000nm。
本发明提出的上述方案是在图形衬底的图案上覆盖一层低折射率材料，这样不仅能保持图形衬底的图形形貌对光的散射作用，而低折射率材料将进一步加强这种散射效果，使更多的光被直接散射到氮化镓中而不是进入衬底传播。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有低折射率材料的LED图形化衬底的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：在图形衬底上沉积低折射率材料；
步骤2：在低折射率材料表面旋涂第一光刻胶；
步骤3：利用光刻技术，对没有图形的地方进行光刻，而使图形衬底上的图形被光刻胶保护；
步骤4：利用光刻胶做为掩摸，干法刻蚀掉无掩摸保护处的低折射率材料；
步骤5：湿法去除光刻胶并清洗，完成图形衬底的制备。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述图形衬底为蓝宝石图形衬底、碳化硅图形衬底、氮化镓图形衬底或氮化铝图形衬底。
3.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述图形衬底上的图形为凸出图形或凹坑图形。
4.如权利要求3所述的制备方法，其中，所述凸出图形包括圆锥或圆柱，所述凹坑图形包括圆洞或倒圆锥。
5.如权利要求1所述的制备方法，其中，所述低折射率材料为折射率在1-2.4之间的材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其中，所述低折射率材料包括氧化硅和氮化硅。
7.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤1中沉积的低折射率材料的的厚度为10-1000nm。
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