專利名稱：發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，尤其是指提高芯片發(fā)光效率的襯底結(jié) 構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有 著廣泛的應(yīng)用.尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革 命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).為了獲得高亮度的LED,關(guān)鍵要提高器件的內(nèi)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、襯底材料以及空氣之間的折射率差別較大,導(dǎo)致有源區(qū)產(chǎn)生的光在不同折射率材 料界面發(fā)生全反射而不能導(dǎo)出芯片。
目前已經(jīng)提出了幾種提高芯片光提取效率的方法，主要包括改變芯片的幾何外形，減少 光在芯片內(nèi)部的傳播路程，降低光的吸收損耗，如采用倒金字塔結(jié)構(gòu);控制和改變自發(fā)輻射,通 常采用諧振腔或光子晶體等結(jié)構(gòu);采用表面粗糙方法,使光在粗糙的半導(dǎo)體和空氣界面發(fā)生漫 射，增加其投射的機(jī)會等。由于發(fā)光二極管芯片的襯底對芯片的發(fā)光效率有很大的影響，為減 少發(fā)光二極管芯片的界面反射及內(nèi)部吸收，可制備具有凸包形微結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片襯 底，該微結(jié)構(gòu)還可有效改善外延生長的缺陷。
然而在制備該襯底時，由于襯底材料藍(lán)寶石的鍵能對光刻膠有一定的影響，使得光刻膠 往往不能回流出理想的凸包形微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不能制造出優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底，從而 阻礙了芯片發(fā)光效率的提高。
鑒于此，提供一種新的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種發(fā)光二極管芯片的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，通過在 襯底上墊一層金屬，可隔離藍(lán)寶石襯底鍵能對光刻膠的影響，使光刻膠在金屬層表面能夠回 流出更理想的圖形，有利于制造出優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底，從而減少發(fā)光二極管芯片 的界面反射及內(nèi)部吸收，改善外延生長的缺陷，提高芯片發(fā)光效率。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟 (1) 在襯底上表面上鍍一層金屬層；(2 )在所述金屬層上形成一層光刻膠膜層；
(3) 應(yīng)用光刻工藝將光刻膠膜層圖形化以形成所期望的圖案；
(4) 應(yīng)用回流工藝熔化該光刻膠膜層，使該光刻膠膜層形成多個凸包形；
(5) 應(yīng)用刻蝕的方法將該光刻膠膜層的多個凸包形輪廓傳遞到該襯底上，在該襯底上 表面上形成多個凸包形微結(jié)構(gòu)。
在所述的方法步驟(1)中，優(yōu)選的采用電子束蒸鍍或?yàn)R射技術(shù)在襯底表面鍍金屬層。
在所述的方法中，所述的刻蝕方法為電感耦合等離子體蝕刻。
在所述的方法中，所述光刻膠膜層圖形化形成的所期望的圖案為周期性或非周期性排列 的棱柱、圓柱、凌錐、圓錐、圓臺或棱臺；所述襯底表面的凸包形微結(jié)構(gòu)的剖面輪廓線為弧 線形。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述金屬層的厚度為0. lnm 100nm。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述金屬層的材料優(yōu)選為鈦、鎳、鋁、鉻其中之一。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述襯底的材料為藍(lán)寶石。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述光刻膠膜層的厚度為0.5mn 4um。 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一,所述回流工藝中烘烤溫度為5(rC 40(TC、時間為0.1分鐘 60分鐘。
本發(fā)明所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制備方法中，通過在襯底上墊一層金屬，可隔 離藍(lán)寶石襯底鍵能對光刻膠的影響，光刻膠在金屬層表面能夠回流出更理想的圖形，有利于 制造出優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底，從而克服了光刻膠直接在襯底表面上回流時無法形成 優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。
此外，采用本發(fā)明所述方法制備的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)，可在襯底上形成優(yōu)質(zhì)的凸 包形微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)可以有效減少光的界面反射，降低光的吸收損耗,有效改善外延生長的 缺陷，從而提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
圖la-le是本發(fā)明發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制。
實(shí)施例一
首先參照圖la所示，利用電子束蒸鍍機(jī)在藍(lán)寶石襯底10上鍍一層金屬層20，該金屬層 20的材料為鈦，厚度為0. lnm。在該金屬層20上涂敷光刻膠，形成一層光刻膠膜層30，光刻 膠膜層30的厚度為0. 5um如圖lb所示。接著通過光刻工藝將光刻膠在襯底上圖形化，形成所 期望的圖案如圖lc所示，該圖案為周期性規(guī)則排列的圓錐。然后采用平臺烘烤光刻膠回流技 術(shù)使光刻膠膜層30在金屬層20上回流，將光刻膠圖案形成類似如圖ld所示的多個凸包形微 結(jié)構(gòu)圖案?；亓鳁l件如下:烘烤溫度為5(TC，時間為O. l分鐘。之后采用ICP (電感耦合等離 子體)蝕刻技術(shù)將此種圖案轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石上如圖le所示，在藍(lán)寶石襯底10表面形成多個凸 包形的微結(jié)構(gòu)11，該微結(jié)構(gòu)11正面為蒙古包形,其剖面輪廓線為圓弧形。
由于通過在藍(lán)寶石襯底10上墊一層金屬層20，可隔離藍(lán)寶石襯底10鍵能對光刻膠30的 影響，光刻膠30在金屬層20表面能夠回流出更理想的圖形，制造出了優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖 形的襯底，克服了光刻膠直接在襯底表面上回流時無法形成優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。采用 所得襯底結(jié)構(gòu)制備的發(fā)光二極管芯片，由于制備出了較優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)襯底，減少光的界面反 射，降低光的吸收損耗，有效改善外延生長的缺陷，有較高的發(fā)光效率。
實(shí)施例二
首先參照圖la所示，利用電子束蒸鍍機(jī)在藍(lán)寶石襯底10上鍍一層金屬層20，該金屬層 20的材料為鎳，厚度為20nm。在該金屬層20上涂敷光刻膠，形成一層光刻膠膜層30，光刻 膠膜層30的厚度為2ura如圖lb所示。接著通過光刻工藝將光刻膠在襯底上圖形化，形成所期 望的圖案如圖lc所示，該圖案為周期性規(guī)則排列的四棱柱。然后采用平臺烘烤光刻膠回流技 術(shù)使光刻膠膜層30在金屬層20上回流，將光刻膠圖案形成類似如圖ld所示的多個凸包形微 結(jié)構(gòu)圖案?；亓鳁l件如下:烘烤溫度為20(TC，時間為20分鐘。之后采用ICP (電感耦合等離 子體)蝕刻技術(shù)將此種圖案轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石上如圖le所示，在藍(lán)寶石襯底10表面形成多個凸 包形的微結(jié)構(gòu)11，該微結(jié)構(gòu)11正面為蒙古包形,其剖面輪廓線為弧線形。
由于通過在藍(lán)寶石襯底10上墊一層金屬層20,可隔離藍(lán)寶石襯底10鍵能對光刻膠30的 影響，光刻膠30在金屬層20表面能夠回流出更理想的圖形，制造出了優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖 形的襯底，克服了光刻膠直接布襯底表面上回流時無法形成優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。采用 所得襯底結(jié)構(gòu)制備的發(fā)光二極管芯片，由于制備出了較優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)襯底，減少光的界面反 射，降低光的吸收損耗,有效改善外延生長的缺陷，有很高的發(fā)光效率。首先參照圖la所示，利用電子束蒸鍍機(jī)在藍(lán)寶石襯底10上鍍一層金屬層20，該金屬層 20的材料為鋁，厚度為50nm。在該金屬層20上涂敷光刻膠，形成一層光刻膠膜層30,光刻 膠膜層30的厚度為4um如圖lb所示。接著通過光刻工藝將光刻膠在襯底上圖形化，形成所期 望的圖案如圖lc所示，該圖案為非周期性規(guī)則排列的圓臺。然后采用平臺烘烤光刻膠回流技 術(shù)使光刻膠膜層30在金屬層20上回流，將光刻膠圖案形成類似如圖ld所示的多個凸包形微 結(jié)構(gòu)圖案?；亓鳁l件如下:烘烤溫度為40(TC，時間為60分鐘。之后采用ICP (電感耦合等離 子體)蝕刻技術(shù)將此種圖案轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石上如圖le所示，在藍(lán)寶石襯底10表面形成多個凸 包形的微結(jié)構(gòu)11,該微結(jié)構(gòu)11正面為蒙古包形，其剖面輪廓線為圓弧形。
由于通過在藍(lán)寶石襯底10上墊一層金屬層20，可隔離藍(lán)寶石襯底10鍵能對光刻膠30的 影響，光刻膠30在金屬層20表面能夠回流出更理想的圖形，制造出了優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖 形的襯底，克服了光刻膠直接在襯底表面上回流時無法形成優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。采用 所得襯底結(jié)構(gòu)制備的發(fā)光二極管芯片，由于制備出了優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)襯底，減少光的界面反射， 降低光的吸收損耗，有效改善了外延生長的缺陷，有極高的發(fā)光效率。
實(shí)施例四
首先參照圖la所示，利用電子束蒸鍍機(jī)在藍(lán)寶石襯底10上鍍一層金屬層20，該金屬層 20的材料為鉻，厚度為100nm。在該金屬層20上涂敷光刻膠，形成一層光刻膠膜層30,光刻 膠膜層30的厚度為4um如圖lb所示。接著通過光刻工藝將光刻膠在襯底上圖形化，形成所期 望的圖案如圖lc所示，該圖案為非周期性規(guī)則排列的四棱錐。然后采用平臺烘烤光刻膠回流 技術(shù)使光刻膠膜層30在金屬層20上回流，將光刻膠圖案形成類似如圖ld所示的多個凸包形 微結(jié)構(gòu)圖案。回流條件如下:烘烤溫度為40(TC，時間為60分鐘。之后采用ICP (電感耦合等 離子體)蝕刻技術(shù)將此種圖案轉(zhuǎn)移到藍(lán)寶石上如圖le所示，在藍(lán)寶石襯底10表面形成多個 凸包形的微結(jié)構(gòu)11，該微結(jié)構(gòu)11正面為蒙古包形，其剖面輪廓線為弧線形。
由于通過在藍(lán)寶石襯底10上墊一層金屬層20,可隔離藍(lán)寶石襯底10鍵能對光刻膠30的 影響，光刻膠30在金屬層20表面能夠回流出更理想的圖形，制造出了優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖 形的襯底，克服了光刻膠直接在襯底表面上回流時無法形成優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。采用 所得襯底結(jié)構(gòu)制備的發(fā)光二極管芯片，由于制備出了優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)襯底，減少光的界面反射， 降低光的吸收損耗,有效改善外延生長的缺陷，有極高的發(fā)光效率。
通過對比實(shí)驗(yàn)，從測試數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明所述方法制造的襯底的管芯比采用普通藍(lán)寶石襯底的管芯發(fā)光效率平均高36%。
回流工藝回流效果
常規(guī)回流工藝表面粗糙的圓臺形
在襯底上墊一層金屬的回流工藝表面光滑的凸包形
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，由于通過在藍(lán)寶石襯底上墊一層金屬，優(yōu)選材料為鈦、鎳、 鋁、鉻，可隔離藍(lán)寶石襯底鍵能對光刻膠的影響，光刻膠在鈦、鎳、鋁、鉻等金屬層表面能 夠回流出更理想的圖形，制造出了優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底，從而克服了光刻膠直接在 襯底表面上回流時無法形成優(yōu)質(zhì)的微結(jié)構(gòu)圖形的問題。
此外，采用本發(fā)明所述方法制備的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)，可在襯底上形成優(yōu)質(zhì)的凸 包形微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)可以有效減少光的界面反射，降低光的吸收損耗,有效改善外延生長的 缺陷，從而提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
本發(fā)明中涉及的其他工藝條件為常規(guī)工藝條件，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范疇，在此 不再贅述。
上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精祌和范圍的技 術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)在襯底上表面上鍍一層金屬層；(2)在所述金屬層上形成一層光刻膠膜層；(3)應(yīng)用光刻工藝將光刻膠膜層圖形化以形成所期望的圖案；(4)應(yīng)用回流工藝熔化該光刻膠膜層，使該光刻膠膜層形成多個凸包形；(5)應(yīng)用刻蝕的方法將該光刻膠膜層的多個凸包形輪廓傳遞到該襯底上，在該襯底上表面上形成多個凸包形微結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述的步 驟(1)中采用電子束蒸鍍或?yàn)R射技術(shù)在襯底表面鍍金屬層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述的金屬層厚度為0. lnm 100nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述 的金屬層選用材料為鈦、鎳、鋁、鉻其中之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于光刻膠膜層圖形化形成的所期望的圖案為周期性或非周期性排列的棱柱、圓柱、凌錐、圓錐、 圓臺或棱臺。 '
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述的刻蝕方法為電感耦合等離子體蝕刻。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述襯底 上表面的凸包形微結(jié)構(gòu)的剖面輪廓線為弧線形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述襯底 的材料為藍(lán)寶石。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述光刻膠膜層的厚度為0. 5um 4um。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述回流工藝中烘烤溫度為50°C 400°C、時間為0.1分鐘 6Q分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，在藍(lán)寶石襯底表面上鍍一層金屬層，在該金屬層上形成一層光刻膠膜層；應(yīng)用光刻工藝將光刻膠膜層圖形化以形成所期望的圖案；應(yīng)用回流工藝熔化該光刻膠膜層，使該光刻膠膜層形成多個凸包形；應(yīng)用電感耦合等離子體蝕刻的方法將該光刻膠膜層的多個凸包形輪廓傳遞到該襯底上，在該襯底上形成多個凸包形微結(jié)構(gòu)。通過在襯底上墊一層金屬，可隔離藍(lán)寶石襯底鍵能對光刻膠的影響，使光刻膠在金屬層表面能夠回流出更理想的圖形，有利于制造出優(yōu)良的具有微結(jié)構(gòu)圖形的襯底，從而減少發(fā)光二極管芯片的界面反射及內(nèi)部吸收，改善外延生長的缺陷，提高芯片發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK101515626SQ20091004863
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者李士濤, 董云飛, 袁根如, 郝茂盛, 誠 陳, 顏建鋒 申請人:上海藍(lán)光科技有限公司