一种高亮度图形化复合衬底的制备方法与流程

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的制备方法。

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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高亮度图形化复合衬底的制备方法，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的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先选择一表面平整且双面抛光的蓝宝石平片，清洗去除表面的杂质；

(2)在蓝宝石平片上涂覆一层负性光刻胶涂层，并通过曝光、显影选择性的去除不需要的部分，在蓝宝石平片上形成一组负性光刻胶柱；

(3)以负性光刻胶柱作为遮挡采用湿法腐蚀在蓝宝石平片上形成一组凹面结构；

(4)利用蒸镀原理在蓝宝石平片有凹面结构的一面上沉积一层金属涂层；

(5)通过剥离工艺去除负性光刻胶柱及其上面的金属涂层；

(6)利用等离子增强化学气相沉积方法在蓝宝石平片上沉积一层sio2涂层；

(7)在sio2涂层上涂覆一层负性光刻胶涂层，并曝光、显影选择性的去除不需要的部分，从而在sio2涂层上形成一组负性光刻胶柱；

(8)以负性光刻胶柱和sio2涂层作为阻挡层进行icp刻蚀，从而得到高亮度图形化复合衬底。

为保证蓝宝石平片的清洁度，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体积比为3:1或5:2的混合溶液中清洗10～15分钟，再用80℃的去离子水清洗8～10分钟，最后用25℃的去离子水清洗5～10分钟，然后高速甩干3～10分钟。

优选的，所述步骤(2)负性光刻胶涂层的厚度为0.5～3.0μm，曝光时间为50～400ms。

进一步的，所述步骤(3)中湿法腐蚀溶液为硫酸和磷酸，比例范围为3：1～5：1之间。

优选的，所述步骤(4)金属涂层厚度为5～2000nm，金属材料为au、ag、ni、co、fe、cu、pt、pd、al中的一种或几种金属的混合物。

优选的，所述步骤(5)剥离工艺使用液体为甲醇或丙酮。

优选的，所述步骤(6)中sio2厚度为0.5～2.0μm，化学气相沉积腔体温度为100～500℃。

具体的，所述步骤(7)中负性光刻胶涂层的厚度为0.5～3.0μm，从蓝宝石平片相对于有金属颗粒的另一面对蓝宝石平片进行曝光，以金属涂层代替光刻板作为遮挡进行曝光，曝光时间为3～20s。

具体的，所述步骤(8)icp刻蚀是对显影后的蓝宝石平片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，时间为100～3000s。

本发明的有益效果：本发明通过蓝宝石、金属涂层和sio2形成复合衬底，金属涂层能够大大减少了光的折射，增加光的反射效率，从而大大提高由该蓝宝石平片制备的led芯片的亮度。此外，该复合衬底可以通过湿法腐蚀控制蓝宝石凹面角度和底部金属图形的凹面弯曲度，相对使用传统图形化蓝宝石衬底的led芯片可灵活控制发光角度和集中度，且sio2折射率1.45小于蓝宝石折射率1.76，能够有效增加衬底对光的散射效果，进而提高led芯片的发光效率。同时，由于金属化学性质稳定性相对较差，金属上方包裹一层sio2涂层可以有效保护金属易氧化的缺点。

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

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明蓝宝石平片表面涂覆负性光刻胶涂层的剖面示意图。

图3为本发明蓝宝石平片表面形成负性光刻胶柱的剖面示意图。

图4为本发明采用湿法腐蚀在蓝宝石平片上形成一组凹面结构的剖面示意图。

图5为本发明在蓝宝石平片凹面结构及负性光刻胶柱上沉积金属涂层的剖面示意图。

图6为本发明在蓝宝石平片上形成一组金属涂层的剖面示意图。

图7为本发明在蓝宝石平片表面沉积一层sio2涂层的剖面示意图。

图8为本发明在sio2涂层上涂覆一层负性光刻胶涂层的剖面示意图。

图9为本发明对sio2涂层上的负性光刻胶涂层进行曝光的剖面示意图。

图10为本发明在sio2涂层上形成负性光刻胶柱的剖面示意图。

图11为本发明高亮度图形化复合衬底的剖面示意图。

具体实施方式

实施例：一种高亮度图形化复合衬底的制备方法，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，该平片经过双面抛光处理，背面可透光，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体积比为3:1或5:2的混合溶液中清洗10～15分钟，再用80℃的去离子水清洗8～10分钟，最后用25℃的去离子水清洗5～10分钟，然后高速甩干3～10分钟。

(2)在蓝宝石平片1上涂覆一层膜厚为0.5～3.0μm负性光刻胶涂层2，如图2所示。然后进行曝光处理，曝光时间为50～400ms，在曝光的过程中通过光刻板遮挡不需要曝光的部分，从负性光刻胶涂层2的上方对负性光刻胶涂层2进行曝光，在蓝宝石平片上形成一组负性光刻胶柱3。如图3所示。

(3)对蓝宝石平片有负性光刻胶柱的一面使用浓h2so4和h3po4混合溶液进行腐蚀，在相邻两负性光刻胶柱间的蓝宝石平片上形成向下凹的凹面结构4，如图4所示。所述浓h2so4和h3po4比例范围为3：1～5：1之间，可通过腐蚀时间的长短控制凹面结构弯曲度，凹面结构弯曲度范围不做限制，且凹面结构也不做限制，可以为任意曲面。所述浓h2so4为98％的浓h2so4，所述h3po4的浓度为35％。

(4)将清洗后的蓝宝石平片1放置在电子枪蒸镀机腔体内，利用加速电子轰击镀膜所用的金属材料，电子的动能转换成热能使金属材料加热至2000～6000℃使其蒸发，然后镀在蓝宝石平片1的表面，制备一层5～2000nm金属层5，如图5所示。所述金属层5的材料为au、ag、ni、co、fe、cu、pt、pd、al中的一种或者几种金属的混合物，金属层5还可以采用原子层沉积、溅镀等镀膜工艺形成。本发明优选电子枪蒸镀方式。

(5)通过剥离(lift-off)工艺去除负性光刻胶及其上面的金属涂层，如图6所示。剥离所使用溶液为丙酮或甲醇，因为丙酮或甲醇溶液只与光刻胶化学反应，不与金属化学反应，剥离后晶片上去除光刻胶及其表面金属，保留蓝宝石表面的金属涂层。

(6)利用等离子增强化学气相沉积方法在蓝宝石平片上沉积一层sio2涂层6，如图7所示。pecvd(等离子增强化学气相沉积)所使用的腔体温度为100～500℃，sio2厚度为0.5～2.0μm，具体根据金属图案大小流动性变更，通过sio2涂层6的涂覆，可以为金属氧化提供一层保护膜，又由于sio2折射率1.45小于蓝宝石折射率1.76，能够有效增加衬底对光的散射效果，进而提高led芯片的发光效率。

(7)在sio2涂层6上涂覆一层负性光刻胶涂层7，如图8所示；其厚度为0.5～3.0μm，从蓝宝石平片相对于有金属颗粒的另一面对蓝宝石平片进行曝光，如图9箭头所示方向，以金属涂层代替光刻板作为遮挡进行曝光，节约成本，短时间曝光3～20s，金属涂层遮挡部分为未曝光部分，根据负性光刻胶特性，未曝光部分显影时与显影液反应被去除，从而在sio2涂层6上形成一组负性光刻胶柱8，如图10所示。

(8)将显影后的蓝宝石平片送入刻蚀机内以负性光刻胶涂柱8和sio2涂层6作为阻挡层进行icp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，时间为100～3000s，刻蚀后得到一种高亮度图形化复合衬底，如图11所示。该方法可根据刻蚀时间控制有间距的金属涂层在复合图形中的上下位置。

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。