CN105374907A - 发光二极管芯片的衬底及其制造方法 - Google Patents

发光二极管芯片的衬底及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发光二极管芯片的衬底的制备方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜；将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒；以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱；去除纳米柱顶端的金属颗粒；在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散光阻柱；以及对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面进一步形成纳米微结构。本发明还提供一种发光二极管芯片的衬底的结构。

Description

发光二极管芯片的衬底及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种发光二极管芯片的衬底及其制造方法。
背景技术
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可以实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。
目前已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如采用倒金字塔结构；控制和改变自发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙方法，使光在粗糙的半导体和空气界面发生漫射，增加其投射的机会等。由于发光二极管芯片的衬底对芯片的发光效率有很大的影响，为减少发光二极管芯片的界面反射及内部吸收，可制备具有凸形微结构的发光二极管芯片衬底，该微结构还可有效改善外延生长的缺陷。然而，现有技术中，微结构的尺寸大都停留在微米级，少有纳米级微结构出现。原因是常用的纳米微结构的制造方法例如纳米压印和纳米级的曝光显影的设备成本均较高，使得制造成本较高，不易被广泛的运用。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种制作简便、成本较低的发光二极管芯片的衬底的制造方法及具有纳米微结构的衬底。
一种发光二极管芯片的衬底的制备方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜；
将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒；
以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱；
去除纳米柱顶端的金属颗粒；
在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散光阻柱；以及
对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面进一步形成纳米微结构。
一种发光二极管芯片的衬底，其包括第一表面和相对的第二表面，该第一表面上形成有微米微结构，所述微米微结构表面形成有纳米微结构。
本发明实施方式提供的发光二极管芯片的衬底的制备方法由于预先在衬底上设置的金属薄膜能够形成纳米级金属颗粒，因此本方法省去了为了蚀刻形成纳米级的微结构所带来的各种制程上的不便以及高昂的设备费用，是一种简单高效的、适合批量生产具有微结构衬底的方法。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种发光二极管芯片的衬底的制造方法流程图。
图2-图8是图1中各步骤所得到的衬底结构的示意图。
主要元件符号说明
具有微米微结构和纳米微结构的衬底 100
衬底 10
第一表面 11
缓冲层 20
纳米柱 22
金属薄膜 30
金属颗粒 32
光阻层 40
光阻柱 42
微米微结构 50
锥形外表面 52
纳米微结构 60
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例提供一种发光二极管芯片的具有纳米微结构衬底的制备方法，其具体包括以下步骤：
S11：提供一衬底；
S12：在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜；
S13：将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒；
S14：以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱；
S15：去除纳米柱顶端的金属颗粒；
S16：在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散光阻柱；
S17：对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面进一步形成纳米微结构。
步骤S11中，请参阅图2，提供一衬底10。所述衬底10包括第一表面11作为生长外延层的外延生长面。所述衬底10的第一表面11是分子平滑的表面，且去除了氧或碳等杂质。所述衬底10可以为单层或多层结构。当所述衬底10为单层结构时，该衬底10可以为一单晶结构体，且具有一晶面作为外延层的外延生长面。所述单层结构的衬底10的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化铝等材料。当所述衬底10为多层结构时，其需要包括至少一层所述单晶结构体，且该单晶结构体具有一晶面作为外延层的外延生长面。所述衬底10的材料可以根据所要生长的外延层来选择。在本实施方式中，所述衬底10采用蓝宝石材料。所述衬底10的厚度、大小和形状不限，可以根据实际需要选择。所述衬底10不限于所述列举的材料，只要具有支持外延层生长的外延生长面的衬底10均属于本发明的保护范围。
步骤S12中，请参阅图3，在所述衬底10上覆盖一缓冲层20，并在缓冲层20上覆盖一金属薄膜30。所述缓冲层20设置在衬底10的第一表面11上。所述缓冲层20与所述衬底10的第一表面11直接接触设置。所述缓冲层可采用二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、铟锡氧化物(ITO)、氮化硅(Si3N4)等与蓝宝石材料有高蚀刻选择比的薄膜材料。在本实施方式中，缓冲层20采用氮化硅(Si3N4)薄膜。所述缓冲层20的厚度为100纳米至550纳米。缓冲层20可采用化学气相沉积法形成于蓝宝石衬底10的表面。
所述金属薄膜30可采用铂、钯、铝、镍以及铬等材料。优选的，金属薄膜30的厚度为5纳米至100纳米。该金属薄膜30可在高温回火后形成1纳米至50纳米尺寸的球状或岛状金属颗粒。
步骤S13中，请参阅图4，将承载缓冲层20和金属薄膜30的衬底高温回火使得金属薄膜30形成相互间隔纳米级金属颗粒。在本实施方式中，高温回火的温度为650摄氏度至800摄氏度。经高温回火后，所述金属薄膜30形成离散且相互间隔分布的金属颗粒32。金属颗粒32的形状有的为岛状，有的为球状。
步骤S14中，请参阅图5，以金属颗粒32为掩膜向下蚀刻缓冲层20形成纳米柱22。该步骤可采用干式蚀刻法，对缓冲层20朝向衬底10的方向进行蚀刻，最后将未被金属颗粒32覆盖到的缓冲层20蚀刻掉，以使缓冲层20形成若干纳米柱22。每一个纳米柱22的顶端被一个金属颗粒32覆盖。
步骤S15中，请参阅图6，去除纳米柱22顶端的金属颗粒32。去除的方式可以采用含有氢化物的酸性溶液以湿蚀刻的方式去除。在本实施方式中，采用盐酸作为蚀刻剂。
步骤S16中，请参阅图7，在衬底10上设置图案化的光阻层40并进行曝光显影在衬底10上形成若干相互间隔的离散光阻柱42。所述光阻层40形成于衬底10的具有纳米柱22的第一表面11上。所述“图案化”是指所述光阻层40中可被曝光显影的部分和不可被曝光显影的部分的排列方式是有序的、有规则的。在本实施方式中，经过曝光显影后形成的光阻柱42呈圆柱形并在衬底10的表面呈圆形阵列排布。每一光阻柱42的直径为2微米，相邻两光阻柱42之间的间距为1微米。
步骤S17中，请参阅图8，对衬底10及光阻柱42进行蚀刻在衬底10上形成微米微结构50并于微米微结构50上形成纳米微结构60。该步骤中可采用干式蚀刻法对衬底以及光阻柱42进行蚀刻。在蚀刻的过程中，衬底10和光阻柱42均能够与蚀刻气体发生反应，随着蚀刻时间的持续，衬底10和光阻柱42不断被向下蚀刻。根据对物质进行干蚀刻的普遍规律，由于光阻柱42为圆柱体，其顶部边缘有更多的面积与蚀刻气体接触并发生反应，使顶面与侧面原先呈直角的边缘渐渐模糊、平滑，进一步增大了模糊后的顶部与蚀刻气体接触的面积，进而在圆柱体顶端渐渐形成斜面，使原本为圆柱体的光阻柱42渐渐被蚀刻成具有尖角的形状，例如类似炮弹形或类似圆锥形。同时由于衬底10上预先形成有纳米级的纳米柱22，因此衬底10的第一表面11和光阻柱42的圆锥形表面在蚀刻过程中均会保持纳米柱22的外形向下蚀刻，直到最后将光阻柱42完全蚀刻掉后在衬底10的表面形成圆锥形的微米结构50，同时在微米微结构50的锥形表面和第一表面11上形成纳米微结构60，最终形成同时具有微米微结构50和纳米微结构60的衬底100。图8为示意图，其显示的纳米微结构60与微米微结构50的尺寸大小均属示意，而非实际大小关系的真实反映。此外，在实际中，纳米微结构60在衬底10的第一表面11以及微米微结构50的锥形表面上分布的数量也并非与图8中所示出的一致。
本发明实施方式提供的发光二极管芯片的具有纳米微结构的衬底100的制备方法由于预先在衬底10上铺设缓冲层20，并在缓冲层20上铺设金属薄膜30，金属薄膜30在高温回火后形成纳米级尺寸的金属颗粒32，利用该金属颗粒32作为蚀刻缓冲层20的掩膜即可将衬底10上的缓冲层20蚀刻成纳米柱22，最后通过曝光显影技术和蚀刻技术形成具有微米微结构50和纳米微结构60的衬底100。由于预先在衬底10上设置的金属薄膜30能够形成纳米级金属颗粒32，因此本方法省去了为了蚀刻形成纳米级的微结构所带来的各种制程上的不便以及高昂的设备费用，是一种简单高效的、适合批量生产具有微结构衬底的方法。
本发明还提供一种由上述发光二极管芯片的具有纳米微结构衬底的制备方法制作的衬底100。
请参阅图8，该衬底100包括一第一表面11和与第一表面11背对设置的第二表面12。第一表面11上形成有若干微米微结构50。微米微结构50在基板上呈圆形阵列排布。相邻两微米微结构50之间的衬底10的第一表面11上形成有纳米微结构60。每一微米微结构50呈圆锥形，其具有一锥形外表面52，该锥形外表面52上也形成有纳米微结构60。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管芯片的衬底的制备方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜；
将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒；
以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱；
去除纳米柱顶端的金属颗粒；
在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散光阻柱；以及
对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面进一步形成纳米微结构。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述衬底采用蓝宝石材料制成，所述缓冲层采用二氧化硅、二氧化钛、铟锡氧化物、氮化硅中的一种。
3.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜的步骤中所述缓冲层的厚度为100纳米至550纳米。
4.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜的步骤中所述金属薄膜的厚度为5纳米至100纳米。
5.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒的步骤中所述金属颗粒的尺寸为1纳米至50纳米尺寸，所述金属颗粒的形状为球状或岛状金属颗粒。
6.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗粒的步骤中所述高温回火的温度为650摄氏度至800摄氏度。
7.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散光阻柱的步骤中，每一光阻柱的直径为2微米，相邻两光阻柱之间的间距为1微米。
8.如权利要求1所述的发光二极管芯片的衬底的制备方法，其特征在于：所述对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面进一步形成纳米微结构的步骤中，所述微米微结构相互间隔并均呈圆锥形，所述纳米微结构形成于微米微结构的锥形表面和各微米微结构之间的衬底表面上。
9.一种发光二极管芯片的衬底，其包括第一表面和相对的第二表面，该第一表面上形成有微米微结构，其特征在于：所述微米微结构表面形成有纳米微结构。
10.如权利要求9所述的发光二极管芯片的衬底，其特征在于：所述微米微结构相互间隔，每一微米微结构呈圆锥形，所述纳米微结构形成于微米微结构的锥形表面和各微米微结构之间的衬底表面上。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107123705A (zh) * 2017-03-17 2017-09-01 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的制备方法
CN108520912A (zh) * 2018-04-23 2018-09-11 南京大学 一种基于Ni金属自组装制备AlN纳米图形模板的方法
CN109309082A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 兆远科技股份有限公司 紫外光发光二极管及其基板以及其基板的制造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159307A (zh) * 2007-11-16 2008-04-09 北京工业大学 一种纳米结构出光面半导体发光二极管及其制备方法
WO2009002644A2 (en) * 2007-06-21 2008-12-31 3M Innovative Properties Company Methods of making hierarchical articles
CN101373714A (zh) * 2007-08-22 2009-02-25 中国科学院半导体研究所 用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法
CN102332509A (zh) * 2011-09-15 2012-01-25 协鑫光电科技（张家港）有限公司 一种利用化学镀制备LED芯片的p电极的方法
CN102544282A (zh) * 2010-12-27 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 氮化物半导体基板及其制造方法
CN103035806A (zh) * 2012-12-28 2013-04-10 湘能华磊光电股份有限公司 用于制备氮化物外延生长的纳米图形衬底的方法
JP2013182046A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Nagoya Univ 二次元パターニング方法およびマイクロ流路の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009002644A2 (en) * 2007-06-21 2008-12-31 3M Innovative Properties Company Methods of making hierarchical articles
CN101373714A (zh) * 2007-08-22 2009-02-25 中国科学院半导体研究所 用于氮化物外延生长的纳米级图形衬底的制作方法
CN101159307A (zh) * 2007-11-16 2008-04-09 北京工业大学 一种纳米结构出光面半导体发光二极管及其制备方法
CN102544282A (zh) * 2010-12-27 2012-07-04 财团法人工业技术研究院 氮化物半导体基板及其制造方法
CN102332509A (zh) * 2011-09-15 2012-01-25 协鑫光电科技（张家港）有限公司 一种利用化学镀制备LED芯片的p电极的方法
JP2013182046A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Nagoya Univ 二次元パターニング方法およびマイクロ流路の製造方法
CN103035806A (zh) * 2012-12-28 2013-04-10 湘能华磊光电股份有限公司 用于制备氮化物外延生长的纳米图形衬底的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107123705A (zh) * 2017-03-17 2017-09-01 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的制备方法
CN107123705B (zh) * 2017-03-17 2019-06-11 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的制备方法
CN109309082A (zh) * 2017-07-27 2019-02-05 兆远科技股份有限公司 紫外光发光二极管及其基板以及其基板的制造方法
CN108520912A (zh) * 2018-04-23 2018-09-11 南京大学 一种基于Ni金属自组装制备AlN纳米图形模板的方法

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