DE112009004715B4

DE112009004715B4 - Verfahren zur Substratherstellung, bei dem Oxidkügelchen-Muster ausgebildet werden

Info

Publication number: DE112009004715B4
Application number: DE112009004715.7T
Authority: DE
Inventors: Euijoon Yoon; Sung-Hoon Kwon
Original assignee: Hexasolution Co Ltd
Current assignee: HEXASOLUTION CO., LTD., SUWON-SI, KR
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: US20120040087A1; DE112009004715T5; CN102422444B; JP5592479B2; US8936828B2; JP2012524997A; WO2010126177A1; CN102422444A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Substrates, bei dem Oxidkügelchen-Muster (770) gebildet werden, wobei das Verfahren aufweist:
Vorbereiten einer Lösung (750), in der eine Mehrzahl von Oxidkügelchen (740) dispergiert sind;
Bilden von Mustern (720) auf einem Substrat (710), wobei die Muster (720) aus einem Resist gebildete physikalische Unebenheiten sind oder wobei die Oberflächen der Muster (720) Oberflächenenergiemuster sind;
Einrichten einer vorläufigen Struktur (730) auf dem Substrat (710), so dass ein Mikro-Kanal (725) auf dem Substrat (710) gebildet wird;
Injizieren der Lösung (750), in der die Oxidkügelchen (740) dispergiert sind, in den Mikro-Kanal (725) und Fixieren der Oxidkügelchen (740) an dem Substrat (710) zwischen den Mustern (720); und
thermisches Bearbeiten des Substrates (710), wodurch die Oxidkügelchen (740) in Form des Oxidkügelchen-Musters (770) an das Substrat (710) gebunden werden.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Substrat für eine Halbleitervorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben, sowie insbesondere auf ein Substrat, auf dem eine Mehrzahl von Mustern ausgebildet ist, um es zum Herstellen einer Hochleistungs-Leuchtdiode (LED) zu verwenden, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
[Technischer Hintergrund]
Die Nachfrage nach Leuchtdioden (LED) ist gewachsen auf der Grundlage von leistungsschwachen LEDs, die bei einer tragbaren Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. einem Mobiltelefon, bei einer Tastatur eines kleinen Haushaltsgerätes oder bei einer Hintergrundbeleuchtungseinheit einer Flüssigk13ristallanzeige (LCD) verwendet werden. In letzter Zeit nimmt der Bedarf an leistungsstarken und hocheffizienten Lichtquellen zu, die bei einer Innenbeleuchtung, bei einer Außenbeleuchtung, bei inneren und äußeren Räumen eines Fahrzeugs und bei einer Hintergrundbeleuchtungseinheit einer großformatigen LCD verwendet werden, und LED-Absatzmärkte haben auf leistungsstarke Produkte abgezielt.
Das größte Problem bei LEDs ist die geringe Lichtausbeute. Im Allgemeinen wird die Lichtausbeute bestimmt durch die Effizienz beim Erzeugen von Licht (interne Quanteneffizienz), die Effizienz, mit der Licht von einer Vorrichtung an die Umgebung abgestrahlt wird (externe Lichtauskopplungseffizienz), und die Effizienz, mit der Licht durch Phosphor gewandelt wird. Es ist wichtig, die Eigenschaften einer aktiven Schicht in Hinblick auf die interne Quanteneffizienz zu verbessern, um leistungsstarke LEDs herzustellen. Jedoch ist es sehr wichtig, die externe Lichtauskopplungseffizienz des tatsächlich erzeugten Lichtes zu erhöhen.
Das größte Hindernis, das beim Abstrahlen von Licht von einer LED an die Umgebung auftritt ist die innere Totalreflexion, die durch einen Unterschied der Brechungsindizes zwischen den Schichten der LED verursacht wird. Aufgrund des Unterschiedes bei den Brechungsindizes zwischen den Schichten der LED wird etwa 20% des erzeugten Lichtes durch eine Grenzfläche zwischen den Schichten der LED an die Umgebung abgestrahlt. Außerdem bewegt sich das nicht durch die Grenzfläche zwischen den Schichten der LED an die Umgebung abgestrahlte Licht innerhalb der LED und wird in Wärme umgewandelt. Als Ergebnis ist die Lichtausbeute gering und die Menge an in einer Vorrichtung erzeugten Wärme ist erhöht und die Lebensdauer der LED ist verringert.
Um die externe Lichtauskopplungseffizienz zu verbessern wurde ein Verfahren zum Erhöhen der Rauhigkeit einer p-GaN-Oberfläche oder einer n-GaN-Oberfläche, ein Verfahren zum Aufrauhen der Oberfläche eines Substrates als ein Unterteil einer Vorrichtung oder ein Verfahren zum Bilden von gekrümmten Mustern vorgeschlagen.
Aus der Druckschrift JP H04 - 112 527 A ist ein Verfahren zum Bilden eines Musters bekannt, bei dem zuerst ein zu behandelndes Siliziumsubstrat mit einem Resist beschichtet und anschließend zum Bilden eines Resist-Dünnfilms gebacken wird. Ein Resistmuster wird als ein erstes Muster auf dem Resist-Dünnfilm gebildet und Fluoratome werden in die Oberfläche des Resistmusters eingebracht. Dann wird ein Siliziumoxidfilm als ein zweites Muster, dessen Dicke bei 0,4 mm liegt, auf dem Substrat gebildet. Anschließend wird das Substrat innerhalb eines Resist-Veraschungsapparates angeordnet und das Resistmuster wird vollständig entfernt.
1 ist eine Querschnittsansicht einer LED 14, die auf einem Substrat 10 ausgebildet ist, bei dem Muster 12 ausgebildet sind, und 2 ist eine Ansicht des Substrates 10, bei dem die Muster 12 ausgebildet sind. Wenn die Muster 12 auf dem Substrat 10 der LED 14 ausgebildet sind, bei der ein Fremdsubstrat, wie z. B. ein Saphirsubstrat verwendet wird, ist insbesondere die externe Lichtauskopplungseffizienz verbessert.
Auf der Oberfläche eines Saphirsubstrates ausgebildete Muster sind geeignet, die externe Lichtauskopplungseffizienz um 100% oder mehr zu erhöhen. Die Veröffentlichungen von koreanischen Patentanmeldungen KR 10 2005 0 097 075 A und KR 10 2006 0 000 464 A offenbaren die Formen von auf der Oberfläche des Saphirsubstrates ausgebildeten Mustern oder die Muster. Derzeit wird ein Verfahren zum Bilden der Muster durch Ätzen verwendet. Bei dem Verfahren zum Bilden der Muster durch Ätzen wird zum Bilden von halbkugelförmigen Mustern auf einem Saphirsubstrat eine dicke Schicht Resist mit einer Dicke von mehreren zehn Mikrometern strukturiert und dann werden der Resist und das Saphirsubstrat gleichzeitig durch Trockenätzen geätzt.
Bei dem Verfahren zum Bilden der Muster durch Ätzen ist die Höhe der Muster beschränkt durch eine Ätzselektivität zwischen dem Resist und dem Substrat, und aufgrund geringer Gleichmäßigkeit eines Verfahrens zum Strukturieren der dicken Resistschicht und eines Trockenätzverfahrens ist die Gleichmäßigkeit, der am Ende gebildeten Muster gering. Vor allem ist die Verunreinigung, die beim Trockenätzen auftritt, das größte Problem. Aufgrund der Hitze, die lokal beim Ätzen erzeugt wird, bleibt ein Reaktionsstoff des Resists und von Gas, das beim Ätzen verwendet wird, auf der Oberfläche des Saphirsubstrates und wird selbst dann nicht vollständig entfernt, wenn ein Reinigungsverfahren durchgeführt wird. Zusätzlich können Schäden in der Oberfläche des Substrates auftreten, durch beim Ätzen verwendete Hochenergiegasteilchen (Wolf, S. und Tauber, R.N: Silicon Processing for the VLSI Era, Bd 1, Process Technology, S. 574-582, Sunset Beach, California: Lattice Press, 1986, ISBN 9780961672133). Wenn eine solche Verunreinigung auftritt, können, wenn epitaktisches GaN-Wachstum als nächster Prozess durchgeführt wird, Defekte in einer epitaktischen Nitridschicht auftreten aufgrund der Verunreinigung. Aufgrund des obigen Nachteils wird eine sehr geringe Ausbeute erwartet, wenn eine Vorrichtung unter Verwendung des Saphirsubstrates hergestellt wird, das durch Anwenden eines Ätzverfahrens strukturiert wird.
Bei dem oben erwähnten Trockenätzprozess sollte ein hochwertiges Ätzgerät mit einer Kühlfunktion verwendet werden, um eine überschüssige Wärmemenge abzustrahlen, die beim zwangsweisen Ätzen des Saphirs erzeugt wird. Um die Lichtauskopplungseffizienz zu verbessern, sollte ein Verfahren zum Verringern der Größe unter Verwendung eines hochwertigen Belichtungsgerätes, wie z. B. einem Stepper, durchgeführt werden. Somit erhöhen sich die Kosten beim Durchführen des oben erwähnten Trockenätzverfahrens. Darüber hinaus kann bei dem Verfahren, bei dem das Belichtungsgerät, wie z. B. der Stepper, verwendet wird, der Prozess-Durchsatz aufgrund des komplizierten Verfahrens nicht leicht erhöht werden.
[Offenbarung]
[Technisches Problem]
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats bereit, bei dem Muster ausgebildet werden, durch das keine Schäden im Kristall eines Substrates oder keine Verschlechterung einer Vorrichtungseigenschaft beim Strukturieren eines Substrat durch Anwenden eines Ätzverfahrens aufgrund von Reststoffen auftreten, und die Gleichmäßigkeit der Muster kann in erheblichem Maße erhöht werden.
[Technische Lösung]
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Substrates gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von kostengünstigen Oxidkügelchen auf einem Substrat als Muster mit einer gewünschten Form aufgebracht werden, so dass verhindert werden kann, dass Schäden während eines Trockenätzens in dem Substrat auftreten, und ein Ätzverfahren wird nicht durchgeführt, so dass eine Ausbeute einer Vorrichtung nicht verringert wird und die Massenproduktion der Vorrichtung zunimmt. Zusätzlich wird kein teures Gerät zum Trockenätzen benötigt, so dass das Verfahren zum Herstellen des Substrates ökonomisch ist und eine hohe Produktivität erzielt wird, bei der große Mengen an Substraten in kurzer Zeit hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Leuchtdiode (LED), die ausgebildet ist auf einem Substrat, bei dem Muster ausgebildet sind;
2 ist eine Ansicht des Substrats, bei dem Muster ausgebildet sind;
3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster gebildet werden durch Verwenden eines Meniskus einer Flüssigkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 bis 8 sind Querschnittsansichten des in 3 dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster gebildet werden durch Verwenden eines Meniskus einer Flüssigkeit gemäß einem Vergleichsbeispiel (nicht Teil der beanspruchten Erfindung);
10 bis 14 sind Querschnittsansichten des in 9 dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden;
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster gebildet werden durch Verwenden von Opferpolymerkügelchen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
16 bis 19 sind Querschnittsansichten des in 15 dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden.

[Ausführungsform der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer beschrieben werden, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Ausführungsformen sind dafür vorgesehen, dass diese Offenbarung umfassend und vollständig ist, und dass sie das Konzept der Erfindung den Fachleuten vollständig vermitteln.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster gebildet werden durch Verwenden eines Meniskus einer Flüssigkeit, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 4 bis 8 sind Querschnittsansichten des Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden, das in 3 gezeigt ist.
Bezugnehmend auf die 3 bis 8 wird zunächst eine Lösung 750, in der eine Mehrzahl von Oxidkügelchen 740 dispergiert ist, vorbereitet (S610). Der Brechungsindex jedes der Oxidkügelchen 740 ist 1,2 bis 2,0, und jedes der Oxidkügelchen 740 ist ausgebildet aus zumindest einem Ausgewählten aus der aus SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃, and GeO₂ bestehenden Gruppe. Die Oxidkügelchen 740 können rund sein und der Durchmesser jeder der Oxidkügelchen 740 ist 0,1 µm bis 10 µm. Wasser kann als ein Lösungsmittel zum Dispergieren der Oxidkügelchen 740 verwendet werden.
Als nächstes werden wie in 4 dargestellt, Muster 720 auf einem Substrat 710 gebildet (S620). Das Substrat 710 kann ausgebildet sein aus entweder Saphir oder Lithium-Aluminium-Oxid (LiAlO₂) oder Magnesiumoxid (MgO). Die Muster 720 können eine Mehrzahl von Resistmustern sein, die gebildet werden durch Aufbringen einer Resistschicht auf das Substrat 710 und durch Durchführen eines Belichtungs- und Entwicklungs-Verfahrens an der Resistschicht. Die Dichte und Größe jedes der Muster 720 kann durch Verwenden von Simulation angepasst werden auf Werte, bei denen die Lichtauskopplung maximiert ist. Wie in 5 dargestellt, wird eine vorläufige Struktur 730 auf dem Substrat 710 eingerichtet, um einen Mikro-Kanal 725 zu bilden (S630). Die vorläufige Struktur 730 kann gebildet werden aus Polydimethylsiloxan (PDMS).
Als nächstes wird die Lösung 750, in der die Oxidkügelchen 740 dispergiert sind, und Gas 760 abwechselnd in den Mikro-Kanal 725 injiziert (S640). Wenn die Lösung 750, in der die Oxidkügelchen 740 dispergiert sind, und das Gas 760 abwechselnd in den Mikro-Kanal 725 injiziert werden, wie in 6 dargestellt ist, werden die Oxidkügelchen 740 zwischen den Mustern 720 angeordnet und an dem Substrat 710 fixiert aufgrund eines Meniskus, der an einer Grenzfläche zwischen der Lösung 750 und dem Gas 760 auf dem Substrat 710 auftritt. Wenn die Oxidkügelchen 740 an dem Substrat 710 fixiert sind, wird die Injektion der Lösung 750, in der die Oxidkügelchen 740 dispergiert sind, und des Gases 760 beendet, und die vorläufige Struktur 730 wird entfernt. Dieser Zustand ist in 7 gezeigt.
Zuletzt wird das Substrat 710 thermisch bearbeitet, wodurch die Oxidkügelchen 740 an das Substrat 710 gebunden werden (S650). Das Substrat 710 wird thermisch bearbeitet zwischen 500 °C und 1400 °C und kann thermisch bearbeitet werden zwischen 800 °C und 1200 °C. Wenn das Substrat 710 auf diese Art und Weise thermisch bearbeitet wird, werden die auf dem Substrat 710 ausgebildeten Muster 720 entfernt. Damit werden, wie in 8 dargestellt, die Oxidkügelchen 740 an das Substrat 710 gebunden, wodurch das Substrat 710 hergestellt wird, bei dem die Oxidkügelchen-Muster 770 ausgebildet werden.
Wenn das Substrat 710 hergestellt wird durch Verwenden des in 3 gezeigten Verfahrens kann das Substrat 710 mit guter Lichtauskopplungseffizienz hergestellt werden.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster durch Verwenden eines Meniskus einer Flüssigkeit gebildet werden, gemäß einem Vergleichsbeispiel, und die 10 bis 14 sind Querschnittsansichten des in 9 dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden. Das Vergleichsbeispiel ist nicht Teil der beanspruchten Erfindung aber dient einem besseren Verständnis der beanspruchten Erfindung.
Bezugnehmend auf die 9 bis 14 wird zunächst eine Lösung 930, in der eine Mehrzahl von Oxidkügelchen dispergiert sind, vorbereitet (S810). Der Brechungsindex jedes der Oxidkügelchen 940 ist 1,2 bis 2,0, und jedes Oxidkügelchen 940 ist ausgebildet aus zumindest einem Ausgewählten aus der aus SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃, und GeO₂ bestehenden Gruppe. Die Oxidkügelchen 940 können rund sein, und der Durchmesser jedes der Oxidkügelchen 940 ist gleich 0,1 µm bis 10 µm. Wasser kann verwendet werden als Lösungsmittel zum Dispergieren der Oxidkügelchen 940.
Als nächstes werden Muster 920 auf einem Substrat 910 gebildet, wie in 10 dargestellt ist (S820). Das Substrat 910 kann ausgebildet sein aus entweder Saphir oder Lithium-Aluminium-Oxid (LiAlO₂) oder Magnesiumoxid (MgO). Die Muster 920 können Resistmuster sein, die gebildet werden durch Aufbringen einer Resistschicht auf das Substrat 910 und durch Durchführen eines Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens an der Resistschicht. Die Dichte und Größe jedes der Muster 920 kann durch Verwenden von Simulation angepasst werden auf Werte, bei denen die Lichtauskopplung maximiert ist.
Als nächstes werden, wie in den 11 und 12 dargestellt, ein Verfahren des Eintauchens des Substrates 910, bei dem Muster 920 ausgebildet sind, in die Lösung 930, in der die Oxidkügelchen 940 dispergiert sind, und ein Verfahren des Herausnehmens des Substrates 910 aus der Lösung 930 mehr als einmal durchgeführt (S830). Wenn das Substrat 910, bei dem die Muster 920 ausgebildet sind, in die Lösung 930 eingetaucht wird, in der die Oxidkügelchen 940 dispergiert sind und aus der Lösung 930 herausgenommen wird, werden die Oxidkügelchen zwischen den Mustern 920 angeordnet und an dem Substrat 910 in einem Abschnitt fixiert, in dem die Oberfläche der Lösung 930, in der die Oxidkügelchen 940 dispergiert sind, das Substrat berührt aufgrund eines Meniskus, der an einer Grenzfläche zwischen der Lösung 930, in der die Oxidkügelchen 940 dispergiert sind, und Luft auftritt. Durch wiederholtes Durchführen des obigen Verfahrens können die Oxidkügelchen 940 zwischen den Mustern 920 fixiert werden.
Wie in 13 dargestellt, wenn die Oxidkügelchen 940 an dem Substrat 910 fixiert sind, wird das Substrat 910 aus der Lösung 950, in der die Oxidkügelchen 940 dispergiert sind, herausgenommen.
Zuletzt wird das Substrat 910 thermisch bearbeitet, wodurch die Oxidkügelchen 940 an das Substrat 910 gebunden werden (S650). Das Substrat 910 wird thermisch bearbeitet zwischen 500 °C und 1400 °C, und kann thermisch bearbeitet werden zwischen 800 °C und 1200 °C. Wenn das Substrat 910 auf diese Art und Weise thermisch bearbeitet wird, werden die auf dem Substrat 910 ausgebildeten Muster 920 entfernt. Damit werden wie in 14 dargestellt die Oxidkügelchen 940 an das Substrat 910 gebunden, wodurch das Substrat 910 hergestellt wird, bei dem die Oxidkügelchen-Muster 950 ausgebildet sind.
Wenn das Substrat 910 durch Verwenden des in 9 gezeigten Verfahren hergestellt wird, kann wie bei dem Verfahren aus 3 das Substrat 910 mit einer guten Lichtauskopplungseffizienz hergestellt werden.
Wie oben beschrieben sind die Muster 720 und 920, die auf den Substraten 710 und 910 gebildet werden, aus einem fotosensitiven Material gebildete physikalische Unebenheiten. Jedoch können die Muster 720 und 920 hydrophobe oder hydrophile Oberflächenenergiemuster sein. Wenn jedes der Oxidkügelchen 740 und 940 eine hydrophile Eigenschaft besitzt, werden die Oxidkügelchen 740 und 940 in Verfahrensschritt S640 oder S840 nur auf den hydrophilen Mustern aber nicht auf den hydrophoben Mustern angeordnet. Wenn im Gegensatz dazu jedes der Oxidkügelchen 740 und 940 eine hydrophobe Eigenschaft besitzt, werden die Oxidkügelchen 740 und 940 in Verfahrensschritt S640 oder S830 nur auf den hydrophoben Mustern und nicht auf den hydrophilen Mustern angeordnet. Auf diese Art und Weise können die Oxidkügelchen 740 und 940 als Muster auf die Substrate 710 und 910 aufgebracht werden, und die Substrate 710 und 910 können thermisch bearbeitet werden wie in Verfahrensschritt S650 oder S840, wodurch die Substrate 710 und 910 hergestellt werden, bei denen die Oxidkügelchen 740 und 940 als Muster angeordnet sind.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates darstellt, bei dem Muster gebildet werden durch Verwenden von Opferpolymerkügelchen, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 16 bis 19 sind Querschnittsansichten des in 15 dargestellten Verfahrens zum Herstellen eines Substrates, bei dem Muster gebildet werden.
Bezug nehmend auf die 15 bis 19 wird zunächst eine provisorische Struktur 1120 eingerichtet auf einem Substrat 1110, um so einen Mikro-Kanal 1130, wie in 16 dargestellt, zu bilden (S1010). Das Substrat 1110 kann ausgebildet sein aus entweder Saphir oder Lithium-Aluminium-Oxid (LiAlO₂) oder Magnesiumoxid (MgO). Die vorläufige Struktur 1120 kann gebildet werden aus PDMS. In diesem Fall kann der Mikro-Kanal 1130 derart gebildet werden, dass eine Kügelchenmischung aus einer Mehrzahl von Polymerkügelchen 1140 und einer Mehrzahl von Oxidkügelchen 1150, die später beschrieben werden wird, als eine Monoschicht angeordnet werden kann. Wenn der Mikro-Kanal 1130 mit einer Größe gebildet wird, bei der die Kügelchenmischung der Polymerkügelchen 1140 und der Oxidkügelchen 1150 als zwei oder mehr Lagen angeordnet werden können, kann das in 2 gezeigte Substrat 10 nicht leicht hergestellt werden, und die Polymerkügelchen 1140 können nicht leicht entfernt werden bei einem Verfahrensschritt, der später beschrieben werden wird. Damit kann die vorläufige Struktur 1120 derart eingerichtet werden, dass sie etwas größer ist als die Größe der Kügelchenmischung von Polymerkügelchen 1140 und der Oxidkügelchen 1150, so dass die Kügelchenmischung der Polymerkügelchen 1140 und der Oxidkügelchen 1140 als eine Monolage auf den Mikro-Kanal 1130 angeordnet werden kann.
Als nächstes wird die Kügelchenmischung gebildet durch Mischen der Oxidkügelchen 1150 und der Polymerkügelchen 1140 (S1020). Der Brechungsindex jedes der Oxidkügelchen 1150 ist 1,2 bis 2,0, und jedes der Oxidkügelchen ist ausgebildet aus zumindest einem Ausgewählten aus der aus SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃, und GeO₂ bestehenden Gruppe. Die Oxidkügelchen 1150 können rund sein, und der Durchmesser jedes der Oxidkügelchen ist 0,1 µm bis 10 µm.
Als nächstes wird die Kügelchenmischung der Polymerkügelchen 1140 und der Oxidkügelchen 1150 in den Mikro-Kanal 1130 injiziert (S1030). Wenn die Kügelchenmischung der Polymerkügelchen 1140 und der Oxidkügelchen 1150 zufällig in den Mikro-Kanal 1130 angeordnet ist, wie in 17 dargestellt ist, wird die vorläufige Struktur 1120 entfernt.
Als nächstes werden die Polymerkügelchen 1140 entfernt (S1040). Wenn die vorläufige Struktur 1120 entfernt ist, werden die Polymerkügelchen 1140 durch Verwenden eines Plasmaverfahrens entfernt, wie in 18 dargestellt ist, nur die Oxidkügelchen 1150 verbleiben auf dem Substrat 1110. Ein Chlor (Cl) enthaltendes Plasmagas kann verwendet werden zum Entfernen der Polymerkügelchen 1140.
Zuletzt wird das Substrat 1110 thermisch bearbeitet, wodurch die Oxidkügelchen 1150 an das Substrat 1110 gebunden werden (S1050). Das Substrat 1110 wird thermisch bearbeitet zwischen 500 °C und 1400 °C und kann thermisch bearbeitet werden zwischen 800 °C und 1200 °C. Wenn das Substrat 1110 auf diese Art und Weise thermisch bearbeitet ist, sind, wie in 19 dargestellt, die Oxidkügelchen 1150 an das Substrat 1110 gebunden, wodurch das Substrat 1110 hergestellt wird, bei dem die Oxidkügelchen-Muster 1160 ausgebildet sind.
Wenn das Substrat 1110 durch Verwenden des in 15 gezeigten Verfahrens hergestellt wird, kann wie bei dem Verfahren aus den 3 und 9 das Substrat 1110 mit guter Lichtauskopplungseffizienz hergestellt werden.
Wie oben beschrieben, können bei dem Verfahren zum Herstellen des Substrates gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von kostengünstigen Kügelchen als Muster mit einer gewünschten Form auf ein Substrat aufgebracht werden, so dass während eines Trockätzens in dem Substrat auftretende Schäden vermieden werden können und ein Ätzprozess nicht durchgeführt wird, so dass eine Ausbeute einer Vorrichtung nicht verringert wird und Massenproduktion der Vorrichtung zunimmt. Zusätzlich wird ein teures Gerät zum Trockenätzen nicht benötigt, so dass das Verfahren zum Herstellen des Substrates ökonomisch ist und eine hohe Produktivität erreicht wird, bei der große Mengen an Substraten innerhalb einer kurzen Zeit hergestellt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Substrates, bei dem Oxidkügelchen-Muster (770) gebildet werden, wobei das Verfahren aufweist: Vorbereiten einer Lösung (750), in der eine Mehrzahl von Oxidkügelchen (740) dispergiert sind; Bilden von Mustern (720) auf einem Substrat (710), wobei die Muster (720) aus einem Resist gebildete physikalische Unebenheiten sind oder wobei die Oberflächen der Muster (720) Oberflächenenergiemuster sind; Einrichten einer vorläufigen Struktur (730) auf dem Substrat (710), so dass ein Mikro-Kanal (725) auf dem Substrat (710) gebildet wird; Injizieren der Lösung (750), in der die Oxidkügelchen (740) dispergiert sind, in den Mikro-Kanal (725) und Fixieren der Oxidkügelchen (740) an dem Substrat (710) zwischen den Mustern (720); und thermisches Bearbeiten des Substrates (710), wodurch die Oxidkügelchen (740) in Form des Oxidkügelchen-Musters (770) an das Substrat (710) gebunden werden.
Verfahren zum Herstellen eines Substrates, bei dem Oxidkügelchen-Muster (1160) gebildet werden, wobei das Verfahren aufweist: Einrichten einer vorläufigen Struktur (1120) auf einem Substrat (1110), so dass ein Mikro-Kanal (1130) auf dem Substrat (1110) gebildet wird; Bilden einer Kügelchenmischung durch Mischen einer Mehrzahl von Oxidkügelchen (1150) und einer Mehrzahl von Polymerkügelchen (1140); Injizieren der Kügelchenmischung in den Mikro-Kanal (1130) und Anordnen der Oxidkügelchen (1150) und der Polymerkügelchen (1140) auf dem Substrat (1110); Trennen der vorläufigen Struktur (1120) von dem Substrat (1110); Entfernen der Polymerkügelchen (1140); und thermisches Bearbeiten des Substrates (1110), wodurch die Oxidkügelchen (1150) in Form des Oxidkügelchen-Musters (1160) an das Substrat (1110) gebunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (710; 1110) ausgebildet ist aus entweder Saphir oder Lithium-Aluminium-Oxid oder Magnesiumoxid.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Brechungsindex jedes der Oxidkügelchen (740; 1150) gleich 1,2 bis 2,0 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der Oxidkügelchen (740; 1150) ausgebildet ist aus zumindest einem Ausgewählten von der aus SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT, Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃, und GeO₂ bestehenden Gruppe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oxidkügelchen (740; 1150) rund sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Durchmesser der Oxidkügelchen (740; 1150) gleich 0,1 µm bis 10 µm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das thermische Bearbeiten des Substrates (710; 1110) zwischen 500 °C bis 1400 °C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Injizieren der Lösung (750), in der die Oxidkügelchen (740) dispergiert sind, in den Mikro-Kanal (725) das abwechselnde Injizieren der Lösung (750), in der die Oxidkügelchen (740) dispergiert sind, und von Luft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Entfernen der Polymerkügelchen (1140) durchgeführt wird durch Verwenden eines Plasmas.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorläufige Struktur (730; 1120) aus Polydimethylsiloxan gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenenergiemuster hydrophobe oder hydrophile Muster sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einrichten der vorläufigen Struktur (1120) auf dem Substrat (1110), so dass der Mikro-Kanal (1130) auf dem Substrat (1110) gebildet wird, das Einrichten der vorläufigen Struktur (1120) derart aufweist, dass die Oxidkügelchen (1150) und die Polymerkügelchen (1140) als eine Monolage angeordnet werden.