CN110444641B - 一种高亮度图形化复合衬底及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高亮度图形化复合衬底及其制作方法，所述高亮度图形化复合衬底包括蓝宝石平片，所述蓝宝石平片上分布有一组复合图形，所述复合图形包括纳米球反射层和包覆在纳米球反射层表面的SiO2涂层。其制作方法主要包括以下步骤：在蓝宝石平片上形成一层纳米球反射层；在纳米球反射层上沉积一层SiO2涂层；在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分形成胶柱；以胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀得到复合衬底。本发明通过蓝宝石平片、纳米球和SiO2形成复合衬底，纳米球在复合图形中形成蒙古包形微观结构，且纳米球为金属材质，有效减少了光线折射，增加光的反射效率，从而提高图形化蓝宝石衬底的LED芯片的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及LED衬底制造领域，尤其是涉及一种高亮度图形化复合衬底及其制作方法。
背景技术
众所周知，PSS(图形化蓝宝石衬底)处于LED显示行业中上游流程，起着至关重要的作用，可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命等诸多优势。目前普遍采用微纳米图案化蓝宝石衬底技术，通过在外延的蓝宝石衬底表面制作出有周期排列的锥形图形，利用蓝宝石图形化衬底上锥形斜面势能高的特性，控制外延生长参数长出较高质量的GaN。但随着LED显示行业的飞速发展，消费市场对产品品质和亮度要求越来越高，目前传统微纳米图案化蓝宝石衬底的LED芯片亮度技术上遇到瓶颈，如果能提高约2％以上将是革命性的突破。
伴随着消费市场的高要求，目前传统微纳米图案化蓝宝石衬底难以满足要求，因此必须从材料和结构方面入手，采用新的蓝宝石衬底制备方法以满足人们的要求。
发明内容
本发明的目的是提供高亮度图形化复合衬底及其制作方法，用于进一步提高蓝宝石衬底的亮度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高亮度图形化复合衬底，包括蓝宝石平片，所述蓝宝石平片上分布有一组复合图形，所述复合图形包括纳米球反射层和包覆在纳米球反射层表面的SiO2涂层。
进一步的，所述纳米球反射层中的纳米球为金属材质，纳米球的粒径为50-500nm。
为防止金属氧化，同时方便加工形成纳米球反射层，所述纳米球的表面还包覆有一层SiO2或TiO2。
本发明还公开了一种高亮度图形化复合衬底的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先提供一表面平整的蓝宝石平片，清洗去除表面的杂质；
(2)在清洗后的蓝宝石平片上形成一层纳米球反射层；
(3)在纳米球反射层上沉积一层SiO2涂层；
(4)在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影后在SiO2涂层上形成一组胶柱；
(5)以胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，刻蚀后获得所需的高亮度图形化复合衬底。
具体的，所述步骤(1)中的蓝宝石平片先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2组成的混合溶液中清洗10～15分钟，所述浓H2SO4与H2O2的体积比为3:1或5:2；再送至80℃的去离子水中清洗8～10分钟，然后在25℃的去离子水中清洗5～10分钟，最后将蓝宝石平片高速甩干3～10分钟。
优选的，所述步骤(2)中纳米球为金属材质，直径为50-500nm。
进一步的，所述纳米球的材料为Au、Ag、Ni、Pt、Mg、Fe、Cu、Ca、Ti、Al中的一种或者几种金属的混合物，所述纳米球的表面还包覆有一层SiO2或TiO2。
具体的，所述步骤(3)采用等离子增强化学气相沉积方法在纳米球反射层上沉积一层SiO2涂层，SiO2厚度为0.5～3.0μm，等离子增强化学气相沉积使用的腔体内温度为100～500℃，时间为3000-8000s。
所述步骤(4)正性光刻胶涂层膜厚为0.5～3.0μm，曝光时间为50～400毫秒。
具体的，所述步骤(5)所述的ICP蚀刻是对步骤(4)处理后的蓝宝石平片送入刻蚀机中进行等离子体干法刻蚀，所述刻蚀机上电极功率为100-2000W，下电极功率为100-1500W，BCL3流量为50-200sccm，CHF3流量为0-20sccm，刻蚀温度为10-50℃，氦气压力为1-10mTorr，刻蚀时间为100-2000s。
本发明的有益效果：本发明通过蓝宝石、纳米球和SiO2形成复合衬底，纳米球在复合图形中形成蒙古包形微观结构，光线可在蒙古包结构中经过多次反射后出光，芯片阶段增加光折射到空气中的几率，且纳米球为金属材质，有效减少了光线折射，增加光的反射效率，从而提高由该蓝宝石平片制备的LED芯片的亮度，经过试验验证，采用本金属化图形的LED芯片亮度能够提高5％以上。所述纳米球上涂覆一层SiO2，SiO2涂层可以防止金属直接与空气接触，从而避免金属纳米球易氧化的问题，从而使LED芯片的性能更加的稳定，可靠性更好。同时，由于SiO2刻蚀速率明显快于蓝宝石，可减少ICP刻蚀时间，节约成本。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明在蓝宝石平片上设置一层纳米球反射层的剖面示意图。
图3为本发明在纳米球反射层上沉积SiO2涂层的剖面示意图。
图4为本发明在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层的剖面示意图。
图5为本发明在SiO2涂层上形成一组胶柱的剖面示意图。
图6为本发明经ICP刻蚀后的剖面示意图一。
图7为本发明经ICP刻蚀后的剖面示意图二。
具体实施方式
实施例：一种高亮度图形化复合衬底，如图6、图7所示，包括蓝宝石平片1，所述蓝宝石平片1上分布有一组复合图形，所述复合图形包括纳米球反射层2和包覆在纳米球反射层2表面的SiO2涂层6。所述纳米球反射层2中的纳米球为金属材质，具体为Au、Ag、Ni、Pt、Mg、Fe、Cu、Ca、Ti、Al中的一种或者几种金属的混合物，纳米球的粒径为50-500nm。为防止金属材质氧化，同时防止沉积时与沉积液发生反应，所述纳米球的表面还包覆有一层SiO2或TiO2。本图形化复合衬底结构，纳米球在复合图形中形成蒙古包形微观结构，光线可在蒙古包结构中经过多次反射后出光，芯片阶段增加光折射到空气中的几率，且纳米球为金属材质，有效减少了光线折射，增加光的反射效率，相对使用传统图形化蓝宝石衬底的LED芯片亮度提高约5％以上。
上述高亮度图形化复合衬底的制作方法，工艺流程如图1所示，具体制备方法包括以下步骤：
(1)首先提供一表面平整的蓝宝石平片1，蓝宝石平片先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2组成的混合溶液中清洗10～15分钟，所述浓H2SO4与H2O2的体积比为3:1或5:2；再送至80℃的去离子水中清洗8～10分钟，然后在25℃的去离子水中清洗5～10分钟，最后将蓝宝石平片高速甩干3～10分钟。
(2)使用含有纳米球的液体通过滴管滴在干净的蓝宝石平片上，使纳米球均匀附着在蓝宝石平片1表面，或者通过蓝宝石平片旋转使含有纳米球的液体均匀附着在蓝宝石平片表面，然后通过加热使液体蒸发，最后晶片表面形成一层纳米球反射层2，如图2所示。含有纳米球的液体可以为异丙醇、丙酮等液体。所述纳米球的粒径为50-500nm，材质可以为Au、Ag、Ni、Pt、Mg、Fe、Cu、Ca、Ti、Al中的一种或者几种金属的混合物，为了防止纳米球金属氧化或者与液体反应，在纳米球的外层包覆一层SiO2或TiO2的涂层，不仅可以防止金属的氧化，并且可以更好的附着在蓝宝石平片上。
(3)利用等离子增强化学气相沉积方法在纳米球反射层2上沉积一层SiO2涂层3，如图3所示；PECVD(等离子增强化学气相沉积)使用的腔体内温度设为100～500℃，沉积SiO2厚度为0.5～2.0μm，时间为3000-8000s。
(4)在SiO2涂层3上涂覆一层厚度为0.5～3.0μm正性光刻胶涂层4，如图4所示，并通过光刻板进行曝光，光刻板遮挡不需要曝光的部分，从正性光刻胶涂层4的上方对正性光刻胶涂层进行曝光，如图5箭头所示方向，然后显影选择性的去除不需要的部分在SiO2涂层3上形成一组正性光刻胶柱5，如图5所示。
(5)将步骤(4)处理后的蓝宝石平片1送入刻蚀机中进行等离子体干法刻蚀，设定刻蚀机上电极功率为100-2000W，下电极功率为100-1500W，BCL3流量为50-200sccm，CHF3流量为0-20sccm，刻蚀温度为10-50℃，氦气压力为1-10mTorr，刻蚀时间为100-2000s。以正性光刻胶柱5和SiO2涂层3作为阻挡层进行ICP刻蚀，得到刻蚀后的图形。所述ICP刻蚀可以向下刻蚀至纳米球反射层以下，露出蓝宝石平片即可，如图6所示。也可以继续向下对蓝宝石平片进行刻蚀，如图7所示。通过纳米球所处的位置可在一定范围内灵活控制光的发光效率。以上所述只是本发明的一种具体实施方式，图形形貌可以是球型，方型，凹型等其他任何图形。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高亮度图形化复合衬底的制作方法，包括以下步骤：
(1)首先提供一表面平整的蓝宝石平片，清洗去除表面的杂质；
(2)在清洗后的蓝宝石平片上形成一层纳米球反射层；
(3)在纳米球反射层上沉积一层SiO2涂层；
(4)在SiO2涂层上涂覆一层正性光刻胶涂层，并曝光、显影后在SiO2涂层上形成一组胶柱；
(5)以胶柱和SiO2涂层作为阻挡层进行ICP刻蚀，刻蚀后获得所需的高亮度图形化复合衬底。
2.根据权利要求1所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中的蓝宝石平片先经过丙酮刷洗5～10分钟，然后在90℃的浓H2SO4与H2O2组成的混合溶液中清洗10～15分钟，所述浓H2SO4与H2O2的体积比为3:1或5:2；再送至80℃的去离子水中清洗8～10分钟，然后在25℃的去离子水中清洗5～10分钟，最后将蓝宝石平片高速甩干3～10分钟。
3.根据权利要求1所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中纳米球为金属材质，直径为50-500nm。
4.根据权利要求3所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述纳米球的材料为Au、Ag、Ni、Pt、Mg、Fe、Cu、Ca、Ti、Al中的一种或者几种金属的混合物，所述纳米球的表面还包覆有一层SiO2或TiO2。
5.根据权利要求1所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)采用等离子增强化学气相沉积方法在纳米球反射层上沉积一层SiO2涂层，SiO2厚度为0.5～3.0μm，等离子增强化学气相沉积使用的腔体内温度为100～500℃，时间为3000-8000s。
6.根据权利要求1所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)正性光刻胶涂层膜厚为0.5～3.0μm，曝光时间为50～400毫秒。
7.根据权利要求1所述的高亮度图形化复合衬底的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)所述的ICP蚀刻是对步骤(4)处理后的蓝宝石平片送入刻蚀机中进行等离子体干法刻蚀，所述刻蚀机上电极功率为100-2000W，下电极功率为100-1500W，BCL3流量为50-200sccm，CHF3流量为0-20sccm，刻蚀温度为10-50℃，氦气压力为1-10mTorr，刻蚀时间为100-2000s。
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- 2019-08-13 CN CN201910742940.0A patent/CN110444641B/zh active Active
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| CN110444641A (zh) | 2019-11-12 |
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