本发明属于半导体微纳加工，具体涉及一种具有微纳结构的蓝宝石衬底及其制备方法和应用。
背景技术：
1、发光二极管（led）作为新一代固态照明光源，具有高效、节能、环保和寿命长等优点，已广泛应用于显示、背光和通用照明等领域。蓝宝石由于其稳定性好、晶体质量高、与发光材料晶格失配度相对较小等优势，成为目前制备氮化镓蓝光、绿光led最主流的衬底材料。但由于gan材料的折射率约为2.5，远高于蓝宝石和空气，导致led器件在工作时，出射的光会在gan/空气以及gan/蓝宝石界面发生全反射，使得出射光被限制在器件内部，这大大限制了光提取效率。为了克服上述问题，图像化蓝宝石衬底技术应运而生。通过在蓝宝石衬底表面制备具有特定形貌的周期性微纳结构，可以显著提高led器件的光输出效率。目前，制备图形化蓝宝石衬底的主流技术路线通常包括光刻和干法/湿法刻蚀两大步骤。但目前主流技术存在生产周期长，工艺流程复杂，效率低下问题。因此，如何对工艺进行改进在简化工艺的基础上实现具有特定形貌的周期性微纳结构成为本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有微纳结构的蓝宝石衬底及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法工艺简单、成本低，能够制备得到所需的具有特定形貌的周期性微纳结构，且结构形貌可调性更优异。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种具有微纳结构的蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将聚苯乙烯胶体球悬浮液、有机溶剂和酸液混合，得到混合悬浮液，将所述混合悬浮液扩散到水的表面，然后加入表面活性剂，得到紧密排列的聚苯乙烯胶体球膜悬浮液；
5、（2）将所述步骤（1）得到的紧密排列的聚苯乙烯胶体球膜悬浮液转移到蓝宝石衬底表面，得到铺有聚苯乙烯胶体球的蓝宝石衬底；
6、（3）刻蚀所述步骤（2）得到的蓝宝石衬底中的聚苯乙烯胶体球，使得相邻聚苯乙烯胶体球存在空隙，得到结构体；
7、（4）在所述步骤（3）得到的结构体的表面镀铝，得到沉积有铝层的蓝宝石衬底；所述铝层的厚度小于聚苯乙烯胶体球的厚度；
8、（5）利用有机溶剂去除所述步骤（4）得到的沉积有铝层的蓝宝石衬底中的聚苯乙烯胶体球，得到含有网格状铝层的蓝宝石衬底；
9、（6）在所述步骤（5）得到的含有网格状铝层的蓝宝石衬底的表面沉积铬，得到沉积有铬层的蓝宝石衬底；所述铬层的厚度小于铝层的厚度；
10、（7）去除所述步骤（6）得到的沉积有铬层的蓝宝石衬底中的铝层，得到具有铬掩膜结构的蓝宝石衬底。
11、（8）刻蚀所述步骤（7）得到的具有铬掩膜结构的蓝宝石衬底，得到具有微纳结构的蓝宝石衬底。
12、优选地，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液中聚苯乙烯胶体球的直径为0.1~10μm。
13、优选地，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液的固含量为5~10wt.%。
14、优选地，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液、有机溶剂和酸液的体积比为1：（3~4）：1。
15、优选地，所述步骤（3）中的刻蚀为等离子体刻蚀，所述等离子体刻蚀的气体为氧气，所述氧气的流量为25~35sccm；所述等离子体刻蚀的功率为10~100w，等离子体刻蚀的时间为5~30min。
16、优选地，所述步骤（4）中铝层的厚度为聚苯乙烯胶体球直径的20~50%。
17、优选地，所述步骤（8）中刻蚀所采用的刻蚀剂为浓硫酸和浓磷酸的混合溶液，所述浓硫酸和浓磷酸的体积比为（3~5）：1。
18、优选地，所述步骤（8）中刻蚀的温度为250~300℃，刻蚀的时间为0.5~3h。
19、本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的具有微纳结构的蓝宝石衬底。
20、本发明还提供了上述技术方案所述具有微纳结构的蓝宝石衬底在led中的应用。
21、本发明提供了一种具有微纳结构的蓝宝石衬底的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯胶体球悬浮液、有机溶剂和酸液混合，得到混合悬浮液，将所述混合悬浮液扩散到水的表面，然后加入表面活性剂，得到紧密排列的聚苯乙烯胶体球膜悬浮液；将所述紧密排列的聚苯乙烯胶体球膜悬浮液转移到蓝宝石衬底表面，得到铺有聚苯乙烯胶体球的蓝宝石衬底；刻蚀所述蓝宝石衬底中的聚苯乙烯胶体球，使得相邻聚苯乙烯胶体球存在空隙，得到结构体；在所述结构体的表面镀铝，得到沉积有铝层的蓝宝石衬底；所述铝层的厚度小于聚苯乙烯胶体球的厚度；利用有机溶剂去除所述沉积有铝层的蓝宝石衬底中的聚苯乙烯胶体球，得到含有网格状铝层的蓝宝石衬底；在所述含有网格状铝层的蓝宝石衬底的表面沉积铬，得到沉积有铬层的蓝宝石衬底；所述铬层的厚度小于铝层的厚度；去除所述沉积有铬层的蓝宝石衬底中的铝层，得到具有铬掩膜结构的蓝宝石衬底；刻蚀所述具有铬掩膜结构的蓝宝石衬底，得到具有微纳结构的蓝宝石衬底。本发明以聚苯乙烯胶体球作为掩膜层，在蓝宝石衬底表面沉淀得到规则排列的网格形状的铝层，通过调节铝网格的周期及孔径大小，之后利用铬层做掩膜板结合刻蚀，能够制备得到所需的具有特定形貌的周期性微纳结构的蓝宝石衬底，相比于传统的制备方法，结构形貌可调性更优异，且工艺更简单、耗时更短。实验结果表明，本发明提供的制备方法能够得到具有周期性微纳结构的蓝宝石衬底。
1.一种具有微纳结构的蓝宝石衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液中聚苯乙烯胶体球的直径为0.1~10μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液的固含量为5~10wt.%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚苯乙烯胶体球悬浮液、有机溶剂和酸液的体积比为1：（3~4）：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的刻蚀为等离子体刻蚀，所述等离子体刻蚀的气体为氧气，所述氧气的流量为25~35sccm；所述等离子体刻蚀的功率为10~100w，等离子体刻蚀的时间为5~30min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中铝层的厚度为聚苯乙烯胶体球直径的20~50%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中所采用的刻蚀剂为浓硫酸和浓磷酸的混合溶液，所述浓硫酸和浓磷酸的体积比为（3~5）：1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中刻蚀的温度为250~300℃，刻蚀的时间为0.5~3h。
9.权利要求1~8任意一项所述制备方法制备得到的具有微纳结构的蓝宝石衬底。
10.权利要求9所述具有微纳结构的蓝宝石衬底在led中的应用。