专利名称：应用奈米小球形成二维图案的方法
技术领域：
本发明涉及一种微影方法，尤其涉及一种应用奈米小球形成二维图案的 方法。 背录技术
发光二极管是一种相当常见的光电元件， 一般而言具有粗化表面的发光
二极管或是具有二维光子晶体(photonic crystal)的发光二极管会比具有平
滑表面的发光二极管具有更高的光萃取效率。常见于发光二极管表面形成二 维光子晶体的技术有以下三种电子束微影技术(Electron Beam Lithography, EBL)、奈米压印技术(Nanoimprint Lithography, NIL)以及聚合物微影技术 (Copolymer Lithography, CPU 0
目前已有多篇专利揭露利用电子束微影技术于发光二极管基板表面形成 二维光子晶体的方法，例如美国专利公开号2006/0027815与2005/0285132。
一般而言，已知技术是在一发光二极管基板上涂覆一层光阻，然后利用电子 束照射部分区域的光阻。当移除被照射的光阻部分后剩下的光阻部分便可当 作一蚀刻屏蔽，在进行反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching, RIE)并且移
除屏蔽后，一二维图案便在发光二极管的基板上形成了。利用电子束微影技 术在发光二极管基板表面形成二维图案的方法具有高精确度的优点，其精确 度可以小至1-2奈米，但是其缺点在于设备太过昂贵、只能产生连续的图形 以及过程花费时间。
利用奈米压印技术于发光二极管基板表面形成二维光子晶体的方法可以 参阅美国专利公开号2005/0173717以及美国专利号7074631之相关记载。其 主要步骤是先利用电子束微影技术制作一个压印的模具，然后将模具压在涂 覆紫外线抗蚀剂(UV curable resist)的基板上并且照射紫外线。当将基板脱离模具后便可得到具有压印图案的基板。利用奈米压印技术形成二维光子晶 体的方法可得到奈米等级的精确度甚至高于电子束微影技术的精确度，但是 其缺点在于模具的成本十分昂贵且生命周期不长。此外，在实际操作过程中 基板上的聚合物无法完全塞满模具的缝隙或者可能粘附在模具的缝隙中无法 脱落。
美国专利号7, 037, 738及6， 468， 823揭露了利用聚合物微影技术于发光 二极管基板表面形成二维光子晶体的方法，其主要步骤在于将混合聚苯乙烯 与聚甲基丙烯酸甲酯的特殊溶剂均匀的涂覆在发光二极管的基板上，然后将 基板在充满氮气且210度高温的环境下持续加热4个小时，以使聚苯乙烯与 聚甲基丙烯酸甲酯产生相分离，接着用反应性离子蚀刻移除聚甲基丙烯酸甲 酯。最后，再利用剩余的聚苯乙烯作为屏蔽进行蚀刻，当移除屏蔽后便可在 发光二极管的基板表面得到二维结构。利用聚合物微影技术形成二维光子晶 体之方法的缺点在于产生相分离的过程中必须提供高温且相当耗时。此外， 必须利用特殊溶剂才能溶解聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯。
综上所述，上述技术制程复杂耗时且成本高昂。需要一种简易、快速且 节省成本的形成二维图案的方法。
发明内容
为解决现在技术中制程复杂耗时且成本高昂之缺点，本发明提供一种简 易、快速且节省成本之形成二维图案之方法。
本发明提供一种更简便地在光电元件表面形成二维光子晶体的方法。 本发明另提供一种可轻易地粗化光电元件的基板表面的方法。
本发明之一实施例提供一种形成二维图案的方法，其包含在一基板上
涂覆多个小球；利用所述等小球于所述基板上形成一屏蔽；蚀刻所述基板； 及自所述基板移除所述屏蔽。
本发明之另一实施例提供一种处理一基板表面之方法，其包含在所述 基板表面上涂覆多个小球；在所述小球之间沉积一物质；及移除所述小球以在所述基板表面留下所述沉积之物质。
根据本发明之实施例，由于本发明利用奈米小球的排列图案，于光电元
件的基板表面形成二维图案(如光子晶体)、粗化基板表面或是于基板表面形 成弧形凹洞。因此，本发明所提供的方法比习知利用电子束微影技术、奈米 压印技术以及聚合物微影技术的方法更简易、快速且节省成本。此外，本发 明提供之方法更可提高光萃取效率及提供可变光场图案。
通过下文中参照附图，对本发明所作的描述和权利要求，本发明的其它 目的和成就将显而易见，并可对本发明有全面的理解。
图1A-1E系为依据本发明之第一较佳实施例于光电元件基板表面形成 二维光子晶体的方法之示意图。
图2A-2D系为依据本发明之第二较佳实施例于光电元件基板表面形成 二维光子晶体的方法之示意图。
图3A-犯系为依据本发明之第三较佳实施例于光电元件基板表面形成
二维光子晶体的方法之示意图。
图4A-4B系为依据本发明于光电元件基板形成一粗化表面之方法的第
一实施例的示意图。
图5A-5C系为依据本发明在基板表面上形成多个弧形凹洞之方法之第 二实施例的示意图。
图6A及6B分别为一平滑光电元件基板表面之示意图以及一具有圆弧形 凹洞之光电元件表面之示意图。
具体实施例方式
请参阅图1A-1E，图1A-1E系为依据本发明之第一较佳实施例于光电元件 基板表面形成二维图案(如光子晶体图案)之方法的示意图。本发明所揭露之光电元件可为一发光二极管或半导体激光器。首先，如图1A所示，将多个奈 米小球13紧密的排列于光电元件的基板10上，基板10之材料可以是附有光电
元件外延结构的蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、金属(如铜 (Cu)、银(Ag)、铝(Al)等)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、金刚石(Diamond) 等等。接下来，如图1B所示，在小球之间沉积一金属材料15作为屏蔽，然后 移除奈米小球13(图1C);再来，利用屏蔽进行反应性离子蚀刻(图1D);最后 移除金属材料15便可在光电元件的基板10上形成如图1E所示的二维图案。
在本发明之实施例中，可利用以下方法来紧密排列多个奈米小球。首先， 将奈米小球与水的混和液涂覆于光电元件的基板上，在水蒸发的过程中，水 分子会将奈米小球拉近以减少水分子的表面张力，因此在水分子蒸发至一定 比例后多个奈米小球会自动以紧密并且单层(mono-layer)的方式排列，换言 之，奈米小球系以类似蜂巢的二维图形排列。
请参阅图2A-2D，图2A-2D系为依据本发明之第二较佳实施例于光电元件 基板表面形成二维光子晶体的方法之示意图。首先，如图2A所示，将多个奈 米小球23紧密地排列于光电元件的基板20上；接下来，如图2B所示，在奈米 小球23中心位置不变的情形下，利用反应性离子蚀刻縮小每个奈米小球23的 尺寸；再来，利用縮小后的奈米小球23作为屏蔽进行反应性离子蚀刻(图2C); 最后，移除縮小后的奈米小球23以在光电元件的基板20上形成如图2D所示的 二维图案。
请参阅图3A-3E，图3A-犯系为依据本发明之第三较佳实施例于光电元件 基板表面形成二维光子晶体的方法之示意图。首先，如图3A所示，将多个奈 米小球33紧密的排列于光电元件的基板30上；接下来，如图3B所示，在奈米 小球23中心位置不变的情形下，利用反应性离子蚀刻縮小奈米小球33的尺寸； 再来，于奈米小球33之间沉积一金属材料35(图3C);接着，移除縮小后的奈 米小球33并且将金属材料35作为屏蔽来进行反应性离子蚀刻(图3D);最后， 移除金属材料35以在光电元件的基板30上形成如图3E所示的二维图案。此外，本发明亦提供一种在光电元件基板形成一粗化表面之方法，图
4A-4B系为上述实施例在光电元件基板形成一粗化表面之方法的示意图。如图
4A所示，首先，必须先在一基板上紧密排列多个奈米小球43，并且在小球之 间沉积一可透光之光学材料45。当移除该等小球43后便可在基板表面产生如 图4B所示之二维数组以达到粗化基板表面之目的。
请参阅图5A-5C，图5A-5C系为依据本发明在基板表面上形成多个弧形凹 洞之方法之第二实施例的示意图。首先，如图5A所示，在光电元件基板50上 紧密排列多个奈米小球53,接下来，如图5B所示，在奈米小球53之间导入一 水溶胶55。当水溶胶55定型后移除奈米小球53便可得到具有多个弧形凹洞基 板表面(如图5C所示)。请继续参阅图6A与图6B，图6A系为一平滑光电元件表 面之示意图；图6B系为一具有弧形凹洞的光电元件表面之示意图。由图6A与 6B可发现具有弧形凹洞的光电元件基板表面的光线射出角度较平滑光电元件 表面的光线射出角度更大，换言之，具有弧形凹洞的光电元件表面会有更多 的光线折射出来而且光场图案也较多样化。由此可知，藉由图5A-5C所示之方 法所产生的光电元件可以射出之较多的光线亦即可提高光电元件的光萃取效 率及提供可变的光场图案。
综上所述，本发明可利用奈米小球的排列图案，于光电元件基板表面形 成二维光子晶体、粗化基板表面或是形成弧形凹洞以达到提高光萃取效率、 增加光辐射角度与提供可变光场图案之目的的目的。因此，本发明所提供的 方法不但具有奈米等级的精确度，更比已知利用电子束微影技术、奈米压印 技术以及聚合物微影技术的方法更简易、快速且节省成本。
虽然本发明的技术内容与特征如上所述，然而，所属领域的技术人员仍 可在不背离本发明的教示与揭示内容的情况下进行许多变化与修改。因此， 本发明的范围并非限定于已揭示的实施例，而包含不背离本发明的其它变化 与修改，其为如所附权利要求书所涵盖的范围。
权利要求
1. 一种形成二维图案的方法，其包含在一基板上涂覆多个小球；利用所述小球于所述基板上形成一屏蔽；蚀刻所述基板；及自所述基板移除所述屏蔽。
2. 如权利要求l所述的方法，其中形成所述屏蔽之步骤包含于所述小球间沉积一金属材料作为所述屏蔽。
3. 如权利要求l所述的方法，其另包含在形成所述屏蔽后自所述基板上移除所述小球。
4. 如权利要求2所述的方法，其中形成所述屏蔽之步骤另包含于沉积所述金属材料前蚀刻所述小球使其縮小。
5. 如权利要求l所述的方法，其中形成所述屏蔽之步骤包含蚀刻所述小球使其縮小，并且以縮小后之所述小球作为所述屏蔽。
6. 如权利要求l所述的方法，其中所述蚀刻系为反应性离子蚀刻。
7. 如权利要求l所述的方法，其中所述基板系为一光电元件之基板。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述光电元件系为一发光二极管或半导体激光器。
9. 如权利要求7所述的方法，其中所述基板之材料可以是附有光电元件外 延结构的蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、金属、氮化铝(AlN)、 氮化镓(GaN)或金刚石(Diamond)。
10. 如权利要求l所述的方法，其中所述二维图案为一光电元件基板表面之 二维光子晶体或准二维光子晶体。
11. 一种处理一基板表面之方法，其包含在所述基板表面上涂覆多个小球；在所述小球之间沉积一物质；及移除所述小球以在所述基板表面留下所述沉积之物质。
12. 如权利要求ll所述的方法，其中所述物质系为一可透光之光学材料。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述物质系为一水溶胶。
14. 如权利要求ll所述的方法，其中所述留下之沉积物质在所述基板表面上 形成粗化之表面。
15. 如权利要求ll所述的方法，其中所述留下之沉积物质在所述基板表面上 形成多个弧形凹洞。
16. 如权利要求ll所述的方法，其中所述基板为一光电元件的基板。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述光电元件系为一发光二极管或半导 体激光器。
18. 如权利要求16所述的方法，其中所述基板之材料可以是附有光电元件外 延结构的蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、金属、氮化铝(AlN)、 氮化镓(GaN)或金刚石(Diamond)。
19. 一种光电元件，其包含一基板，所述基板之表面系经如权利要求ll-18 中任一权利要求所述的方法处理。
20. —种光电元件，其包含一基板，所述基板之表面具有一经如权利要求 l-10中任一权利要求所述的方法处理的二维图案。
全文摘要
本发明涉及一种形成二维图案的方法，其包含在一基板上涂覆多个小球；利用所述小球于所述基板上形成一屏蔽；蚀刻所述基板；及自所述基板移除所述屏蔽。此外，本发明另涉及一种处理一基板表面之方法，其包含在所述基板表面上涂覆多个小球；在所述小球之间沉积一物质；及移除所述小球以在所述基板表面留下所述沉积之物质。根据本发明所提供的方法，其可提供更快、更简易及低成本之制程。此外，其所制作成之发光装置可具有较佳的光萃取效率及可变的光场图案。
文档编号H01L21/02GK101246937SQ20071008026
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者唐诗韵, 勇 蔡, 褚宏深, 郭浩中 申请人:香港应用科技研究院有限公司