专利名称：用于led芯片中的衬底制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种LED芯片，具体涉及ー种用于LED芯片中的衬底制造エ艺。
背景技术：
纳米压印(NIL, Nano Imprint Lithography)是一种纳米微制造技术,利用该技术，可以将由电子束直写(e-Beam Lithiography)或聚焦离子束(FIB)技术制备的模具的纳米结构通过“印章”的办法转移到基底材质上。在GaN LED领域，由于半导体介质的折射率较高，故LED芯片的光提取效率固有地低。产生的光大多数在半导体和空气或蓝宝石基板的交界面发生内部反射，能提取并进入空气的光只有一小部分。曾经提出过好多通过增强光提取效率来提高LED效率的主意。目前LED业界采用的两种主要方法是随机纹理和成形蓝宝石衬底(PSS)技术。纳米成形化蓝宝石衬底(NPSS)，可以认为是传统微米级PSS的延伸。ー些研究论文表明NPSS的效率比微米级PSS的发光效率约高1(T20%，与PSS相比将有明显优势。从制造エ艺的角度看，NPSS的优势不仅仅在于提高了效率。与微米级PSS相比，它结构更小，故蓝宝石蚀刻的时间便可缩短。考虑外延生长，NPSS达到平面外延层所需的时间也较短。此夕卜，NPSS上生长的外延层可能有更好的外延层质量，具有进ー步提高效率的潜力。但NPSS需要更高分辨率的光刻技术，由于波纹和缺陷的存在，光刻技术实乃一种挑战且设备昂贵。电子束光刻则过于缓慢和昂贵，传统压印模板的制作费钱费时，本文提供一种经济有效的纳米级蓝宝石/GaN衬底图案及其制作方法。
发明内容
本发明目的是提供一种用于LED芯片中的衬底制造エ艺，此衬底制造エ艺利用现有的多孔纳米氧化铝板自身的多微孔结构，作为LED的蓝宝石衬底压印模板，有效的降低成本且提高了效率，采用光刻胶和研磨结合实现了将表面峰谷之间的落差值分为若干分段研磨，有效保护了多孔纳米氧化铝板表面微孔形态；其次，将多孔氧化铝膜板表面的微孔内填覆有光刻胶，从而进ー步在研磨中可保护微孔形态，有效降低了研磨对微孔的破坏。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于LED芯片中的衬底制造エ艺，所述LED芯片包括蓝宝石衬底、由P型氮化镓层和N型氮化镓层组成的发光PN结、分别连接P型氮化镓层和N型氮化镓层的两个引出电极，所述蓝宝石衬底与发光PN结接触的表面内具有若干个通孔；所述蓝宝石衬底的若干个通孔通过以下エ艺步骤获得
步骤一、选取多孔氧化铝膜板，此多孔氧化铝膜板表面具有大量的微孔，所述多孔氧化铝膜板表面具有粗糙度；
步骤ニ、将步骤一所述多孔氧化铝膜板表面进行灌涂一光刻胶层，此多孔氧化铝膜板表面的微孔内填覆有光刻胶，且此多孔氧化铝膜板表面覆盖光刻胶，位于所述多孔氧化铝膜上方的光刻胶厚度大于所述多孔氧化铝膜板表面峰谷之间的落差值；
步骤三、通过ー压板将步骤ニ的所述光刻胶层压平后，进行固化处理；步骤四、根据所述多孔氧化铝膜板的落差值将位于所述多孔氧化铝膜上方的光刻胶分为若干分段，并将此光刻胶由表面往下去除一分段厚度的光刻胶；
步骤五、将步骤四的所述多孔氧化铝膜板进行一分段化学机械研磨；
步骤六、重复步骤四、步骤五依次完成所述若干分段中各个分段，从而获得修正后多孔氧化铝膜板；
步骤七、将所述修正后多孔氧化铝膜板中微孔内去除特征厚度的光刻胶或者将所述修正后多孔氧化铝膜板中去除特征厚度的氧化铝，获得压板；
步骤八、将所述蓝宝石衬底涂覆一光刻胶层，将压板的表面图形转移到所述蓝宝石衬底表面的光刻胶层上并固化；
步骤九、刻蚀步骤八的所述蓝宝石衬底从而在此蓝宝石衬底上形成所述若干个通孔。上述技术方案中进ー步改进方案如下
I、上述方案中，所述步骤九通过经干法刻蚀形成所述若干个通孔后，将所述蓝宝石衬底绕轴心旋转经位于其上方的喷嘴通过湿法刻蚀从而在所述通孔下方形成“灯泡状”凹坑区。2、上述方案中，所述两个引出电极位于所述PN结上表面，所述蓝宝石衬底位于所述PN结下表面。3、上述方案中，所述步骤ニ的光刻胶层厚度为f2um。4、上述方案中，所述步骤七中特征厚度为5(T200nm。
5、上述方案中，所述微孔的直径为5(T200nm。6、上述方案中，所述微孔的深度为5(T200nm。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果
I、本发明利用现有的多孔纳米氧化铝板自身的多微孔结构，作为LED的蓝宝石衬底压印模板，有效的降低成本且提高了效率；由于多孔纳米氧化铝板的表面粗糙度较大，达到微米级，而LED蓝宝石衬底的微孔尺寸在纳米级，因此大大限制了其在LED中作为压印板的应用，本发明采用作为研磨辅助材料，实现了将表面峰谷之间的落差值分为若干分段研磨，有效保护了多孔纳米氧化铝板表面微孔形态；其次，将多孔氧化铝膜板表面的微孔内填覆有光刻胶，从而进ー步在研磨中可保护微孔形态，有效降低了研磨对微孔的破坏。2、本发明直接利用多孔纳米氧化铝板作为纳米级压印母模板，经干蚀后形成纳米级柱状或半球状或圆孔状GaN衬底图案，经喷雾旋转洗蚀或超声波洗蚀后制作出纳米级的灯泡状蓝宝石基板图案，大大提高了 LED出光效率；其次，制作模板成本低廉，随机化的纳米图案也能大幅提升LED发光效率，本发明喷雾洗蚀法和干法刻蚀相结合，基本可实现纳米级蓝宝石衬底或GaN衬底图案的优化，提升LED发光效率。此喷雾洗蚀法简单有效，也可替代微米级图案干蚀后的湿蚀优化方法。3、本发明采用光刻胶和研磨结合，在研磨中光刻胶为多孔纳米氧化铝板表面的凹处，由于光刻胶是柔性的，而氧化铝是刚性的，研磨中光刻胶充当缓冲层，有利于研磨中形成一致性好的平面，大大提高了平整度。4、本发明将所述蓝宝石衬底绕轴心旋转经位于其上方的喷嘴通过湿法刻蚀从而在所述通孔下方形成“灯泡状”凹坑区从而形成无数个纳米级灯泡，不但因其形状利于减少全反射，也増大了界面的面积，故可大大提升界面处的出光效率，而且这种新型湿蚀法，也能将衬底缺陷腐蚀掉，减少GaN外延层缺陷，故而提高发光效率，来自上部(GaN处)的光子进入凹坑区如同形成无数个灯泡，将光线导出GaN进入蓝宝石基板，大大提升了出光效率。
附图I为本发明GaN纳米图案化衬底制备简易流程 附图2为现有技术纳米氧化铝孔模板结构示意图； 附图3为本发明纳米级柱状图案和纳米级球状图案结构示意 附图4为本发明多孔氧化铝膜板制造流程 附图5为本发明蓝宝石衬底纳米级柱状图案和纳米级球状图案制造流程 附图6为本发明纳米级孔图案的蓝宝石衬底制造流程 附图7为现有技术LED芯片结构示意 附图8为本发明压板使用状态示意 附图9为本发明“灯泡状”凹坑区结构示意 附图10为本发明“灯泡状”凹坑区结构制造エ艺示意图。以上附图中1、蓝宝石衬底；2、P型氮化镓层；3、N型氮化镓层；4、发光PN结；5、引出电极；6、多孔氧化铝膜板；7、微孔；8、光刻胶层；9、压板；10、通孔；11、喷嘴；12、“灯泡状”凹坑区。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进ー步描述
实施例ー种用于LED芯片中的衬底制造エ艺，所述LED芯片包括蓝宝石衬底I、由P型氮化镓层2和N型氮化镓层3组成的发光PN结4、分别连接P型氮化镓层2和N型氮化镓层3的两个弓I出电极5，所述两个引出电极5位于所述发光PN结4上表面，所述蓝宝石衬底I位于所述发光PN结4下表面,所述蓝宝石衬底I与发光PN结4接触的表面内具有若干个通孔10 ;所述蓝宝石衬底I的若干个通孔10通过以下エ艺步骤获得
步骤一、选取多孔氧化铝膜板6，此多孔氧化铝膜板6表面具有大量的微孔7，所述多孔氧化铝膜板6表面具有粗糙度；
步骤ニ、将步骤一所述多孔氧化铝膜板6表面进行灌涂一光刻胶层8，所述步骤ニ的光刻胶层厚度为f 2um，此多孔氧化铝膜板6表面的微孔内填覆有光刻胶，且此多孔氧化铝膜板6表面覆盖光刻胶，位于所述多孔氧化铝膜6上方的光刻胶厚度大于所述多孔氧化铝膜板6表面峰谷之间的落差值；
步骤三、通过ー压板将步骤ニ的所述光刻胶层压平后，进行固化处理；
步骤四、根据所述多孔氧化铝膜板6的落差值将位于所述多孔氧化铝膜板6上方的光刻胶分为若干分段，并将此光刻胶由表面往下去除一分段厚度的光刻胶；
步骤五、将步骤四的所述多孔氧化铝膜板6进行一分段化学机械研磨；
步骤六、重复步骤四、步骤五依次完成所述若干分段中各个分段，从而获得修正后多孔氧化铝膜板；
步骤七、将所述修正后多孔氧化铝膜板中微孔内去除特征厚度的光刻胶或者将所述修正后多孔氧化铝膜板中去除特征厚度的氧化铝，获得压板，所述步骤七中特征厚度为50 200nm ；
步骤八、将所述蓝宝石衬底I涂覆一光刻胶层，将压板9的表面图形转移到所述蓝宝石衬底I表面的光刻胶层上并固化；
步骤九、刻蚀步骤八的所述蓝宝石衬底I从而在此蓝宝石衬底上形成所述若干个通孔，可以为经干法刻蚀形成所述若干个通孔10后，将所述蓝宝石衬底I绕轴心旋转经位于其上方的喷嘴11通过湿法刻蚀从而在所述通孔10下方形成“灯泡状”凹坑区12。
上述微孔7的直径为5(T200nm，上述微孔7的深度为5(T200nm。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种用于LED芯片中的衬底制造エ艺，所述LED芯片包括蓝宝石衬底(I )、由P型氮化镓层(2 )和N型氮化镓层(3 )组成的发光PN结(4 )、分别连接P型氮化镓层(2 )和N型氮化镓层(3)的两个引出电极(5)，所述蓝宝石衬底(I)与发光PN结(4)接触的表面内具有若干个通孔(10);其特征在于所述蓝宝石衬底(I)的若干个通孔(10)通过以下エ艺步骤获得 步骤一、选取多孔氧化铝膜板(6)，此多孔氧化铝膜板(6)表面具有大量的微孔(7)，所述多孔氧化铝膜板(6)表面具有粗糙度； 步骤ニ、将步骤一所述多孔氧化铝膜板(6)表面进行灌涂一光刻胶层(8)，此多孔氧化铝膜板(6)表面的微孔内填覆有光刻胶，且此多孔氧化铝膜板(6)表面覆盖光刻胶，位于所述多孔氧化铝膜(6)上方的光刻胶厚度大于所述多孔氧化铝膜板(6)表面峰谷之间的落差值； 步骤三、通过ー压板将步骤ニ的所述光刻胶层压平后，进行固化处理； 步骤四、根据所述多孔氧化铝膜板(6)的落差值将位于所述多孔氧化铝膜板(6)上方的光刻胶分为若干分段，并将此光刻胶由表面往下去除一分段厚度的光刻胶； 步骤五、将步骤四的所述多孔氧化铝膜板(6)进行一分段化学机械研磨； 步骤六、重复步骤四、步骤五依次完成所述若干分段中各个分段，从而获得修正后多孔氧化铝膜板； 步骤七、将所述修正后多孔氧化铝膜板中微孔内去除特征厚度的光刻胶或者将所述修正后多孔氧化铝膜板中去除特征厚度的氧化铝，获得压板； 步骤八、将所述蓝宝石衬底(I)涂覆一光刻胶层，将压板(9)的表面图形转移到所述蓝宝石衬底(I)表面的光刻胶层上并固化； 步骤九、刻蚀步骤八的所述蓝宝石衬底(I)从而在此蓝宝石衬底上形成所述若干个通孔。
2.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在于所述步骤九通过经干法刻蚀形成所述若干个通孔(10)后，将所述蓝宝石衬底(I)绕轴心旋转经位于其上方的喷嘴(11)通过湿法刻蚀从而在所述通孔(10)下方形成“灯泡状”凹坑区(12)。
3.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在于所述两个引出电极(5)位于所述发光PN结(4)上表面，所述蓝宝石衬底(I)位于所述发光PN结(4)下表面。
4.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在于所述步骤ニ的光刻胶层厚度为I 2um。
5.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在干所述步骤七中特征厚度为50 200nm。
6.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在于所述微孔(7)的直径为50 200nm。
7.根据权利要求I所述的衬底制造エ艺，其特征在于所述微孔(7)的深度为50 200nm。
全文摘要
本发明公开一种用于LED芯片中的衬底制造工艺，选取多孔氧化铝膜板；将多孔氧化铝膜板表面进行灌涂一光刻胶层，此多孔氧化铝膜板表面的微孔内填覆有光刻胶，且此多孔氧化铝膜板表面覆盖光刻胶；通过一压板将光刻胶层压平后固化处理；根据所述多孔氧化铝膜板的落差值将位于所述多孔氧化铝膜上方的光刻胶分为若干分段，并将此光刻胶由表面往下去除一分段厚度的光刻胶；将多孔氧化铝膜板进行一分段化学机械研磨；依次完成所述若干分段中各个分段，从而获得修正后多孔氧化铝膜板。本发明衬底制造工艺利用现有多孔纳米氧化铝板，作为LED的蓝宝石衬底压印模板，采用光刻胶和研磨结合实现了将表面峰谷之间的落差值分为若干分段研磨，有效保护了多孔纳米氧化铝板表面微孔形态。
文档编号G03F7/00GK102655192SQ20121012867
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者顾建祖 申请人:顾建祖