TW201408584A - 奈米圖案化基板及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種奈米圖案化基板及其製作方法，此奈米圖案的製作方法包括形成一金屬層於一基板上，隨後對此形成有金屬層之基板進行一熱處理，使此金屬層形成一奈米金屬網狀結構於上述基板上。接著以此奈米金屬網狀結構為蝕刻罩幕蝕刻上述基板後，移除此奈米金屬網狀結構，以得到一具有奈米網狀圖案之奈米圖案化基板。
Description
本發明係有關於圖案化基板，且特別是有關於一種奈米圖案化基板及其製作方法。
由於發光二極體(light-emitting diode，LED)具有體積小、反應快、低電壓/電流驅動、壽命長、熱輻射小、易於量產、環保等優點，目前已被廣泛應用於各種方面，例如液晶顯示器背光源、車用光源、交通號誌燈、及一般照明裝置等。為了提昇發光二極體的發光效率，近年來不斷發展出各種發光二極體的製造技術，其中包括圖案化藍寶石基板(patterned sapphire)的製造技術。藉由將基板表面圖案化，可散射由發光二極體射出的光線並降低全反射，進一步提昇發光二極體的光取出效率(light-extraction efficiency，LEE)及外部量子效率(external quantum efficiency，EQE)，並減少磊晶層缺陷的產生。
受到傳統微影製程解析極限(resolution limit)的限制，目前的圖案化基板其圖案尺寸多為微米等級，欲得到更小尺寸的圖案(例如奈米等級的圖案)，則需使用例如離子束直寫(ion beam writing)等技術，直接將圖案製作在基板表面上。然而離子束直寫的製程複雜、成本高、且製作速度慢，因此相當不利於量產。因此，亟需尋求一種製程簡單、成本低的技術來製造奈米等級的圖案化基板，
以提供良好的光取出效率及外部量子效率，進一步提昇發光二極體的發光效率。
本發明一實施例提供一種奈米圖案的製作方法，包括：形成一金屬層於一基板上；對該形成有金屬層之基板進行一熱處理，使該金屬層形成一奈米金屬網狀結構於該基板上；以該奈米金屬網狀結構為蝕刻罩幕蝕刻該基板；以及移除該奈米金屬網狀結構，以得到一具有奈米網狀圖案之奈米圖案化基板。
本發明又一實施例提供一種奈米圖案化基板，該基板表面具有一奈米尺寸之凸部，且該凸部為不規則之連續網狀結構。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明提供數個實施例用以說明本發明之技術特徵，實施例之內容及繪製之圖式僅作為例示說明之用，並非用以限縮本發明保護範圍。圖式中可能省略非必要元件，不同特徵可能並未按照比例繪製，僅用於說明之用。此外，一元件形成於另一元件「上方」、「之上」、「下方」或「之下」可包含兩元件直接接觸的實施例，或也可包含兩
元件之間夾設有其它額外元件的實施例。各種元件可能以任意不同比例顯示以使圖示清晰簡潔。
本發明提供一種奈米圖案化基板及其製作方法。參照第1A~第1D圖，為一系列剖面圖，用以說明本發明之奈米圖案化基板的製作方法之一實施例。在第1A圖之步驟中，提供一基板100，其中此基板100具有六方晶或立方晶之晶體結構，此基板100可包括藍寶石(sapphire)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦鎵(GaInN)、氮化銦(InN)、氮砷化銦鎵(GaInAsN)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(AZO)、或前述之組合。在一實施例中，此基板100為一藍寶石基板。隨後形成一金屬層102於此基板100上，此金屬層102的厚度介於約50埃至約500埃之間。此金屬層102不限於單層，亦可為多層結構。此金屬層102可使用任何適當方法形成，例如物理或化學氣相沈積、或電鍍等等。在一實施例中，此金屬層102為厚度介於約50埃至約500埃之間的鉑金屬層。
接著，對此包含金屬層102的基板100進行一熱處理。此熱處理之溫度介於約600℃至約700℃之間，熱處理之時間小於10分鐘。此熱處理係在一氣氛下進行，包括氮氣、氧氣、氬氣、或前述之組合。在一實施例中，使用氮氣作為熱處理氣氛，以減少成本並縮短熱處理時間。在此實施例中，由於藍寶石基板100與鉑金屬層102之晶體結構相似，在此高溫熱處理條件下鉑金屬會發生一自組裝
(self-arrangement)行為，即鉑原子會沿藍寶石基板100的{111}面排列，進而形成一不規則之連續網狀結構102a，其結果請同時參照第1B圖及第2圖。第2圖為一俯視圖，用以說明本發明中形成於基板上之奈米金屬網狀結構之一實施例，第1B圖為沿第2圖中A-A’截線所作之剖面圖。此奈米金屬網狀結構102a具有複數相互交錯之網線及複數開口使基板100外露。在本發明中，藉由改變熱處理溫度及時間條件可製作出不同型態的奈米金屬網狀結構102a，在熱處理之溫度介於約600℃至約700℃之間、熱處理之時間小於10分鐘的範圍內，熱處理溫度越高、時間越長時，奈米金屬網狀結構的網線寬度越窄，其覆蓋率也越低。若金屬層102為多層結構，則依據金屬間的擴散關係(促進或抑制)可在相同的熱處理條件下製作出不同覆蓋率、尺寸、或形狀的奈米金屬結構，例如若在此實施例中使用包含抑制鉑原子擴散的金屬構成多層結構，則即使在上述溫度及時間範圍進行熱處理也不會形成奈米金屬網狀結構。若使熱處理之溫度介於約600℃至約700℃之間、熱處理之時間大於10分鐘，或使熱處理之溫度大於約700℃，則金屬層102會在基板表面形成複數奈米金屬柱狀結構，而不會得到網狀結構。
接著參照第1C圖，以上述奈米金屬網狀結構102a作為蝕刻罩幕蝕刻基板100外露部份，以在基板100表面形成一具有複數開口部104a之奈米網狀圖案104。基板的蝕刻深度(即奈米網狀圖案104之高度H)可介於約50奈米至約500奈米之間。此蝕刻步驟可為一使用酸液的濕蝕刻
步驟，包括使用一硫酸及磷酸之混合溶液或一硫酸溶液作為蝕刻液。在一實施例中，使用純硫酸作為蝕刻溶液。溶液溫度可介於240℃至300℃之間，蝕刻時間可介於300秒至600秒之間。需注意的是，在不脫離本發明之範疇內，本領域技藝人士於上述第1B圖之步驟中可藉由改變熱處理溫度及時間製作出不同型態(例如不同覆蓋率)之奈米金屬網狀結構102a，配合改變第1C圖之步驟中的蝕刻液成份比例、溶液溫度、及蝕刻時間等參數而得到多種覆蓋率、尺寸及形狀的奈米網狀圖案104。
最後如第1D圖所示，移除上述奈米金屬網狀結構102a，以得到一具有奈米網狀圖案104之奈米圖案化基板100a。可使用任何適當物理或化學方法移除奈米金屬網狀結構102a，例如王水蝕刻、離子轟擊等等，以得到奈米圖案化基板100a。參照第3圖，顯示了使用掃描式電子顯微鏡由俯角拍攝本發明一實施例的照片。此奈米圖案化基板100a表面具有一奈米尺寸之凸部，係以上述之奈米金屬網狀結構102a作為蝕刻罩幕進行濕蝕刻所形成。相較於習知使用微影及蝕刻製程所形成之規則圖案，此奈米尺寸之凸部為不規則之連續網狀結構，其高度H可介於約50奈米至約500奈米之間，網線寬度W可介於約70奈米至約300奈米之間，其構成本發明中具有複數開口部104a之奈米網狀圖案104。在一實施例中，此奈米網狀圖案104之覆蓋率可介於百分之30~40之間。
本發明亦可應用於垂直式發光二極體結構的製作，例如在一基板上形成奈米金屬網狀結構後，利用雷射剝離將
基板剝離並將上述奈米金屬網狀結構轉移到n型氮化鎵基板上，並藉由濕蝕刻圖案化此n型氮化鎵基板之表面。由於本發明為一無光罩(maskless)製程，可不需經由複雜的微影製程技術得到圖案化基板，亦無需使用如離子束直寫等昂貴的製程，即可製作出奈米尺寸的圖案化基板，因此可降低製作成本，並可簡化製程。若將此奈米尺寸的圖案化基板應用於發光裝置的製作，可提高發光裝置的光取出效率及磊晶層品質，因而增加發光裝置的發光效率。
在本發明另一實施例中，亦可使用金、銀、鉻、鈦、鎳、銅、或前述之組合作為上述金屬層102，或可使上述熱處理時間大於10分鐘，以形成複數之奈米金屬柱狀結構。此實施例流程實質上與第1A-1D圖之步驟相似。根據此實施例所製作出之奈米圖案化基板的表面型態可參照第4圖，其顯示了使用掃描式電子顯微鏡由俯角拍攝此一實施例之奈米圖案化基板表面的照片，其具有複數奈米尺寸之凸部，這些奈米柱狀圖案之高度介於約20奈米至約80奈米之間，其直徑介於約70奈米至約250奈米之間，且此凸部為不規則分佈之柱狀結構，構成本發明之複數奈米柱狀圖案。
本發明可利用金屬層在高溫環境下之自組裝行為，在基板上形成一奈米尺寸之金屬結構，並將此奈米金屬結構作為蝕刻罩幕層進行蝕刻，去除金屬後即可得到一奈米圖案化基板。此技術可避免昂貴且複雜的微影製程技術，並且可藉由控制金屬層厚度、金屬種類、熱處理溫度與時間、蝕刻液成份比例、及蝕刻溫度與時間等製程參數得到具有
不同覆蓋率、尺寸、形狀之圖案的奈米圖案化基板。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
100a‧‧‧奈米圖案化基板
102‧‧‧金屬層
102a‧‧‧奈米金屬網狀結構
104‧‧‧奈米網狀圖案
104a‧‧‧開口部
H‧‧‧奈米網狀圖案之高度
W‧‧‧奈米網狀圖案之網線寬度
第1A~1D圖為一系列剖面圖，用以說明本發明之奈米圖案化基板的製作方法之一實施例。
第2圖為一俯視圖，用以說明本發明中形成於基板上之奈米金屬網狀結構之一實施例。
第3圖為顯示使用掃描式電子顯微鏡由俯角拍攝本發明一實施例的照片。
第4圖為顯示使用掃描式電子顯微鏡由俯角拍攝本發明另一實施例的照片。
100a‧‧‧奈米圖案化基板
102a‧‧‧奈米金屬網狀結構
104‧‧‧奈米網狀圖案
104a‧‧‧開口部
H‧‧‧奈米網狀圖案之高度
Claims (16)
- 一種奈米圖案的製作方法，包括：形成一金屬層於一基板上；對該形成有金屬層之基板進行一熱處理，使該金屬層形成一奈米金屬網狀結構於該基板上；以該奈米金屬網狀結構為蝕刻罩幕蝕刻該基板；以及移除該奈米金屬網狀結構，以得到一具有奈米網狀圖案之奈米圖案化基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該奈米網狀圖案之高度介於約50奈米至約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該奈米網狀圖案的網線寬度介於約70奈米至約300奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該金屬層厚度介於約50埃至約500埃之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該金屬層包括鉑。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該基板具有六方晶或立方晶之晶體結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該基板包括藍寶石、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁、氮化銦鎵、氮化銦、氮砷化銦鎵、碳化矽、氧化鋅、摻鋁氧化鋅(AZO)、或前述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該熱處理之溫度介於約600℃至約700℃之間，該熱處理之時間小於10分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該熱處理係在一氣氛下進行，包括氮氣、氧氣、氬氣、或前述之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米圖案的製作方法，其中該蝕刻步驟包括一濕蝕刻步驟。
- 如申請專利範圍第10項所述之奈米圖案的製作方法，其中該濕蝕刻步驟包括使用一硫酸及磷酸之混合溶液或一硫酸溶液作為蝕刻液。
- 一種奈米圖案化基板，該基板表面具有一奈米尺寸之凸部，且該凸部為不規則之連續網狀結構。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米圖案化基板，其中該凸部之高度介於約50奈米至約500奈米之間。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米圖案化基板，其中該連續網狀之頂面的網線寬度介於約70奈米至約300奈米之間。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米圖案化基板，其中該基板具有六方晶或立方晶之晶體結構。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米圖案化基板，其中該基板包括藍寶石、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁、氮化銦鎵、氮化銦、氮砷化銦鎵、碳化矽、氧化鋅、摻鋁氧化鋅(AZO)、或前述之組合。
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