CN110752148A - 一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，包括以下步骤：将感光性聚硅氧烷涂覆在蓝宝石衬底的表面上，使在蓝宝石衬底的表面上形成一层均匀的聚硅氧烷膜；通过曝光机对聚硅氧烷膜进行曝光处理；将曝光处理后的蓝宝石衬底送入显影设备，显影设备中的显影剂会将曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，以在蓝宝石衬底的表面显现出聚硅氧烷PSS图形；将显影后蓝宝石衬底进行加热，并对显影后的聚硅氧烷PSS图形进行固化，以获得氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底。采用上述技术方案后，使得在整个图形化制作过程只需光刻一步，大大减少氧化硅PSS图形的制作流程的同时提升氧化硅PSS图形的控制能力。

Description

一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法
技术领域
本发明涉及一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法。
背景技术
目前，为了提高GaN基LED的内量子效率和出光效率，诸多新技术被应用，其中包括侧向外延生长技术、表面粗化、图形化衬底技术以及金属镜面反射层技术等。近年来，如何利用图形化衬底技术来有效地提高蓝宝石衬底GaN基LED的出光效率，逐渐成为了目前蓝宝石衬底GaN基LED领域研究的热点。作为图形化衬底技术的关键，衬底图案演变至今，对LED光提取效果和外延质量改善显著，已成为提高LED性能的重要途径。衬底图案对LED光学性能的提高体现为两方面：一方面，图案通过散射/反射改变光的轨迹，使光在空气界面出射的入射角变小(小于全反射临界角)，从而透射而出，提高光的提取率；另一方面，图案还可以使得后续的GaN生长出现侧向磊晶的效果，减少晶体缺陷，提高内量子效率。
目前，无论使用干法湿法或纳米压印都必须经过掩膜→光刻→蚀刻的过程，制作流程长，并且衬底图形需经过掩膜图形到蓝宝石图形的转移(蚀刻过程)，图形转移过程(蚀刻)会将掩膜图形的差异性进一步放大，造成图形控制能力下降。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，使得在整个图形化制作过程只需光刻一步，大大减少氧化硅PSS图形的制作流程，并提升氧化硅PSS图形的控制能力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，包括以下步骤：
1)、将感光性聚硅氧烷涂覆在蓝宝石衬底的表面上，使在蓝宝石衬底的表面上形成一层均匀的聚硅氧烷膜；
2)、通过曝光机对聚硅氧烷膜进行曝光处理；
3)、将曝光处理后的蓝宝石衬底送入显影设备，显影设备中的显影剂会将曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，以在蓝宝石衬底的表面显现出聚硅氧烷PSS图形；
4)将显影后蓝宝石衬底进行加热，并对显影后的聚硅氧烷PSS图形进行固化，以获得氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底。
进一步的，所述1)步骤中，聚硅氧烷膜的厚度为0.5um～4um。
进一步的，所述2)步骤中，曝光机的曝光时间为50ms～500ms,所述曝光机的曝光焦距的变化量为-5.0um～+5.0um。
进一步的，所述曝光机的掩膜图形为圆形，其中掩膜图形的直径为0.5um～5.0um，位于同一行上的相邻两掩膜图形之间的间距为0.5um～5.0um。
进一步的，所述曝光机中的每相邻两行掩膜图形之间错开分布，底下一行的掩膜图形的圆心垂直于上一行中的相邻两个掩膜图形的圆心的连接线，且该三个掩膜图形的圆心连接线为正三角形。
进一步的，所述3)步骤中，显影设备使用碱性显影剂对曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，其中显影时间为30s～200s。
进一步的，所述碱性显影剂为四甲基氢氧化氨、氢氧化钾中的一种。
进一步的，所述4)步骤中，使用加热盘对显现的聚硅氧烷PSS图形的蓝宝石衬底进行烘烤固化，其中烘烤固化的温度为100℃～250℃、烘烤固化的时间为1min～15min。
由上述对本发明结构的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，通过在蓝宝石衬底表面旋涂一层具有感光性的聚硅氧烷，利用曝光机离焦控制聚硅氧烷在不同位置接受到的光能量差异，以在蓝宝石衬底上形成PSS图形形貌，从而使得在整个图形化制作过程只需光刻一步，大大减少氧化硅PSS图形的制作流程的同时提升氧化硅PSS图形的控制能力。
2、本发明提供的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，形成的聚硅氧烷PSS图形折射率只有1.4-1.5，低于蓝宝石的折射率1.7，由此当光从折射率为2.5的GaN外延层进入氧化硅PSS图形时，会更容易形成高折射率进入低折射率材质会发生全反射的现象，提高出光效率。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法的流程图；
图2至图3为曝光机调整离焦的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参考图1所示，一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，包括以下步骤：
1)、将感光性聚硅氧烷涂覆在蓝宝石衬底的表面上，使在蓝宝石衬底的表面上形成一层均匀的聚硅氧烷膜；
2)、通过曝光机对聚硅氧烷膜进行曝光处理；
3)、将曝光处理后的蓝宝石衬底送入显影设备，显影设备中的显影剂会将曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，以在蓝宝石衬底的表面显现出聚硅氧烷PSS图形；
4)、将显影后蓝宝石衬底进行加热，并对显影后的聚硅氧烷PSS图形进行固化，以获得氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底。
本实施例通过在蓝宝石衬底表面旋涂一层具有感光性的聚硅氧烷膜，利用曝光机离焦控制聚硅氧烷膜在不同位置接受到的光能量差异，以在蓝宝石衬底上形成PSS图形形貌，从而使得在整个图形化制作过程只需光刻过程，取消了蚀刻的过程，大大减少氧化硅PSS图形的制作流程的同时提升氧化硅PSS图形的控制能力。
另外，本实施例形成的聚硅氧烷PSS图形折射率只有1.4-1.5，低于蓝宝石的折射率1.7，由此当光从折射率为2.5的GaN外延层进入氧化硅PSS图形时，会更容易形成高折射率进入低折射率材质会发生全反射的现象，提高出光效率。
此外，光刻的操作过程简单易控，有利于提高工作效率，降低生产成本。
实施例2
请结合参考图1、图2和图3所示，本实施例提供一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，具体包括以下步骤：
步骤1)、将感光性聚硅氧烷涂覆在蓝宝石衬底的表面上，使在蓝宝石衬底的表面上形成一层均匀的聚硅氧烷膜。
具体的，将聚硅氧烷膜的厚度设置为0.5um～4um；即聚硅氧烷膜的厚度可按需要制作氧化硅PSS图形的高度决定，其中聚硅氧烷具有较好的感光性能，从而使得制作出来的氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底具有较好的耐高温稳定性、化学稳定性和抗紫外稳定性。
步骤2)、通过曝光机对聚硅氧烷膜进行曝光处理。
具体的，曝光机的曝光时间为50ms～500ms,曝光机的曝光焦距的变化量为-5.0um～+5.0um；即曝光机的曝光焦距以需要制作的氧化硅PSS图形的高度决定，其中，当曝光机的曝光光线实际聚焦点离聚硅氧烷膜中心的距离越大时，氧化硅PSS图形的侧边和底边之间的夹角越小，氧化硅PSS图形上平台的面积越小。
其中，曝光机的掩膜图形为圆形，其中掩膜图形的直径为0.5um～5.0um，位于同一行上的相邻两掩膜图形之间的间距为0.5um～5.0um；曝光机中的每相邻两行掩膜图形之间错开分布，底下一行的掩膜图形的圆心垂直于上一行中的相邻两个掩膜图形的圆心的连接线，且该三个掩膜图形的圆心连接线为正三角形；即可通过调整曝光机光线的聚焦点，来实现对聚硅氧烷膜在靠近蓝宝石衬底和远离蓝宝石衬底的方向上形成曝光能量的差异，致使材料感光程度的不同，以此来决定氧化硅PSS图形的形貌，其中，曝光机的掩膜图形大小决定了氧化硅PSS图形的底宽的大小，曝光机焦距的变化量决定了氧化硅PSS图形的侧边和底边的夹角以及氧化硅PSS图形上平台的大小。
步骤3)、将曝光处理后的蓝宝石衬底送入显影设备，显影设备中的显影剂会将曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，以在蓝宝石衬底的表面显现出聚硅氧烷PSS图形。
具体的，显影设备使用碱性显影剂对曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，其中显影时间为30s～200s，碱性显影剂为四甲基氢氧化氨、氢氧化钾中的一种；即通过合理设置显影时间和碱性显影剂，使得光刻图形的显影质量较传统的衬底图形化技术更好，大大提高了光刻图形的分辨率。
步骤4)、将显影后蓝宝石衬底进行加热，并对显影后的聚硅氧烷PSS图形进行固化，以获得氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底。
具体的，使用加热盘对显现聚硅氧烷PSS图形的蓝宝石衬底进行烘烤固化，其中烘烤固化的温度为100℃～250℃、烘烤固化的时间为1min～15min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将感光性聚硅氧烷涂覆在蓝宝石衬底的表面上，使在蓝宝石衬底的表面上形成一层均匀的聚硅氧烷膜；
2)、通过曝光机对聚硅氧烷膜进行曝光处理；
3)、将曝光处理后的蓝宝石衬底送入显影设备，显影设备中的显影剂会将曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，以在蓝宝石衬底的表面显现出聚硅氧烷PSS图形；
4)、将显影后蓝宝石衬底进行加热，并对显影后的聚硅氧烷PSS图形进行固化，以获得氧化硅PSS图形的蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述1)步骤中，聚硅氧烷膜的厚度为0.5um～4um。
3.根据权利要求1所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述2)步骤中，曝光机的曝光时间为50ms～500ms,所述曝光机的曝光焦距的变化量为-5.0um～+5.0um。
4.根据权利要求2所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述曝光机的掩膜图形为圆形，其中掩膜图形的直径为0.5um～5.0um，位于同一行上的相邻两掩膜图形之间的间距为0.5um～5.0um。
5.根据权利要求4所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述曝光机中的每相邻两行掩膜图形之间错开分布，底下一行的掩膜图形的圆心垂直于上一行中的相邻两个掩膜图形的圆心的连接线，且该三个掩膜图形的圆心连接线为正三角形。
6.根据权利要求1所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述3)步骤中，显影设备使用碱性显影剂对曝光处理后的聚硅氧烷膜的曝光区域进行移除，其中显影时间为30s～200s。
7.根据权利要求6所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述碱性显影剂为四甲基氢氧化氨、氢氧化钾中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种使用感光性聚硅氧烷制作图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于：所述4)步骤中，使用加热盘对显现聚硅氧烷PSS图形的蓝宝石衬底进行烘烤固化，其中烘烤固化的温度为100℃～250℃、烘烤固化的时间为1min～15min。
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