发光二极管芯片的衬底及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种发光二极管芯片的衬底及其制造方 法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领 域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可以实现半导体固态照明，引起人类照 明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的LED，关键要提 高器件的内量子效率和外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要 因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生 的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。
[0003] 目前已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，主要包括：改变芯片的几何外 形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗，如采用倒金字塔结构；控制和改变 自发辐射，通常采用谐振腔或光子晶体等结构；采用表面粗糙方法，使光在粗糙的半导体和 空气界面发生漫射，增加其投射的机会等。由于发光二极管芯片的衬底对芯片的发光效率 有很大的影响，为减少发光二极管芯片的界面反射及内部吸收，可制备具有凸形微结构的 发光二极管芯片衬底，该微结构还可有效改善外延生长的缺陷。然而，现有技术中，微结构 的尺寸大都停留在微米级，少有纳米级微结构出现。原因是常用的纳米微结构的制造方法 例如纳米压印和纳米级的曝光显影的设备成本均较高，使得制造成本较高，不易被广泛的 运用。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种制作简便、成本较低的发光二极管芯片的衬底的制造 方法及具有纳米微结构的衬底。
[0005] -种发光二极管芯片的衬底的制备方法，包括： 提供一衬底； 在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜； 将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金属颗 粒； 以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱； 去除纳米柱顶端的金属颗粒； 在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的离散 光阻柱；以及 对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的表面 进一步形成纳米微结构。
[0006] -种发光二极管芯片的衬底，其包括第一表面和相对的第二表面，该第一表面上 形成有微米微结构，所述微米微结构表面形成有纳米微结构。
[0007] 本发明实施方式提供的发光二极管芯片的衬底的制备方法由于预先在衬底上设 置的金属薄膜能够形成纳米级金属颗粒，因此本方法省去了为了蚀刻形成纳米级的微结构 所带来的各种制程上的不便以及高昂的设备费用，是一种简单高效的、适合批量生产具有 微结构衬底的方法。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明实施方式提供的一种发光二极管芯片的衬底的制造方法流程图。
[0009] 图2-图8是图1中各步骤所得到的衬底结构的示意图。
[0010] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0011] 请参阅图1，本发明实施例提供一种发光二极管芯片的具有纳米微结构衬底的制 备方法，其具体包括以下步骤： 511 :提供一衬底； 512 :在所述衬底上覆盖一缓冲层，并在缓冲层上覆盖一金属薄膜； S13:将承载缓冲层和金属薄膜的衬底高温回火使得金属薄膜形成相互间隔纳米级金 属颗粒； 514 :以金属颗粒为掩膜向下蚀刻缓冲层形成纳米柱； 515 :去除纳米柱顶端的金属颗粒； 516 :在衬底上设置图案化的光阻层并进行曝光显影在衬底表面形成若干相互间隔的 离散光阻柱； 517 :对衬底及光阻柱进行蚀刻，在衬底表面形成微米微结构并于微米微结构和衬底的 表面进一步形成纳米微结构。
[0012] 步骤S11中，请参阅图2,提供一衬底10。所述衬底10包括第一表面11作为生长 外延层的外延生长面。所述衬底10的第一表面11是分子平滑的表面，且去除了氧或碳等杂 质。所述衬底10可以为单层或多层结构。当所述衬底10为单层结构时，该衬底10可以为 一单晶结构体，且具有一晶面作为外延层的外延生长面。所述单层结构的衬底10的材料可 以为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化铝等材料。当所述衬底10为多层结构时，其需要包括至少一 层所述单晶结构体，且该单晶结构体具有一晶面作为外延层的外延生长面。所述衬底10的 材料可以根据所要生长的外延层来选择。在本实施方式中，所述衬底10采用蓝宝石材料。 所述衬底10的厚度、大小和形状不限，可以根据实际需要选择。所述衬底10不限于所述列 举的材料，只要具有支持外延层生长的外延生长面的衬底10均属于本发明的保护范围。
[0013] 步骤S12中，请参阅图3,在所述衬底10上覆盖一缓冲层20,并在缓冲层20上覆盖 一金属薄膜30。所述缓冲层20设置在衬底10的第一表面11上。所述缓冲层20与所述衬 底10的第一表面11直接接触设置。所述缓冲层可采用二氧化硅（Si02)、二氧化钛（Ti02)、 铟锡氧化物（ΙΤ0)、氮化硅（Si3N4)等与蓝宝石材料有高蚀刻选择比的薄膜材料。在本实施 方式中，缓冲层20采用氮化硅（Si3N4)薄膜。所述缓冲层20的厚度为100纳米至550纳 米。缓冲层20可采用化学气相沉积法形成于蓝宝石衬底10的表面。
[0014] 所述金属薄膜30可采用钼、钯、铝、镍以及铬等材料。优选的，金属薄膜30的厚度 为5纳米至100纳米。该金属薄膜30可在高温回火后形成1纳米至50纳米尺寸的球状或 岛状金属颗粒。
[0015] 步骤S13中，请参阅图4,将承载缓冲层20和金属薄膜30的衬底高温回火使得金 属薄膜30形成相互间隔纳米级金属颗粒。在本实施方式中，高温回火的温度为650摄氏度 至800摄氏度。经高温回火后，所述金属薄膜30形成离散且相互间隔分布的金属颗粒32。 金属颗粒32的形状有的为岛状，有的为球状。
[0016] 步骤S14中，请参阅图5,以金属颗粒32为掩膜向下蚀刻缓冲层20形成纳米柱22。 该步骤可采用干式蚀刻法，对缓冲层20朝向衬底10的方向进行蚀刻，最后将未被金属颗粒 32覆盖到的缓冲层20蚀刻掉，以使缓冲层20形成若干纳米柱22。每一个纳米柱22的顶 端被一个金属颗粒32覆盖。
[0017] 步骤S15中，请参阅图6,去除纳米柱22顶端的金属颗粒32。去除的方式可以采 用含有氢化物的酸性溶液以湿蚀刻的方式去除。在本实施方式中，采用盐酸作为蚀刻剂。
[0018] 步骤S16中，请参阅图7,在衬底10上设置图案化的光阻层40并进行曝光显影在 衬底10上形成若干相互间隔的离散光阻柱42。所述光阻层40形成于衬底10的具有纳米 柱22的第一表面11上。所述"图案化"是指所述光阻层40中可被曝光显影的部分和不可