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说明书10003 2002.

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1 发光二极管芯片衬底结构的制备方法 技术领域 本发明涉及发光二极管芯片制备方法,尤其是指提高芯片发光效率的衬底结构的制备方 法. 背景技术 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能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. 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,其中发光二极管芯片的衬底对芯片的发光效率有很大的影响. 然而在制备衬底时,由于常规下光刻胶抗 ICP 刻蚀能力较差,经过 ICP 刻蚀后,光刻胶 易被打入衬底里,衬底表面会被刻黑,使衬底受到污染,光刻胶的图形也不能有效的转移到 衬底上,从而不能制造出优良的微结构图形衬底.这种情况导致制造具有微结构图形的衬底 工艺复杂化,使成本增加;

导致不能制造出优良的具有微结构图形的衬底,从而阻碍了芯片 发光效率的提高. 鉴于此,提供一种新的发光二极管芯片衬底结构的制备方法. 发明内容 本发明要解决的技术问题在于提供一种发光二极管芯片的衬底结构的制备方法,由于采 用了深紫外线对光刻胶照射,改变光刻胶的性质,提高光刻胶抗 ICP(电感耦合等离子体)刻 蚀能力,可直接利用光刻胶做掩膜制造优良的微结构图形,并可有效减少刻蚀后衬底受到污 染的情况,从而有利于减少发光二极管芯片的内部吸收,提高芯片发光效率. 为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案: 一种发光二极管芯片衬底结构的制备方法,包括以下步骤: 在衬底上表面上形成一层光刻胶膜层;

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2 应用光刻工艺将光刻胶膜层图形化以形成所期望的图案;

利用深紫外线对该光刻胶膜层照射;

应用回流工艺熔化该光刻胶膜层,使该光刻胶膜层形成多个凸包形;

应用刻蚀的方法将该光刻胶膜层的多个凸包形轮廓传递到该衬底上,在该衬底上表面上 形成多个凸包形微结构. 在所述的方法中,所述的刻蚀方法为电感耦合等离子体蚀刻. 在所述的方法中,所述光刻胶膜层图形化形成的所期望的图案为周期性或非周期性排列 的棱柱、圆柱、凌锥、圆锥、圆台或棱台;

所述衬底表面的凸包形微结构的剖面轮廓线为弧 线形. 作为本发明的优选方案之一,所述深紫外线波长为 100nm~300nm. 作为本发明的优选方案之一,所述深紫外线对光刻胶照射的角度为 0°~90°,照射时间 为1秒~60 分钟. 作为本发明的优选方案之一,所述衬底的材料为蓝宝石. 作为本发明的优选方案之一,所述光刻胶掩模的厚度为 0.5um~4um. 作为本发明的优选方案之一, 所述回流工艺中烘烤温度为 50℃~400℃、 时间为 0.1 分钟~

60 分钟. 本发明所述的发光二极管芯片衬底结构的制备方法中,由于采用深紫外线(DUV)对光刻 胶照射,提高了光刻胶抗 ICP(电感耦合等离子体)刻蚀的能力,通常深紫外线(DUV)泛指 波长小于 300nm 的电磁波.从而克服了常规下在制备衬底时,由于常规光刻胶抗 ICP 刻蚀能 力较差,经过 ICP 刻蚀后,光刻胶易被打入衬底里,衬底表面会被刻黑,使衬底受到污染, 光刻胶的图形也不能有效的转移到衬底上,从而不能直接利用光刻胶制造优良微结构图形的 问题.由于本发明所述方法可直接利用光刻胶做掩膜制造优良的微结构图形,并且可有效减 少刻蚀后衬底受到污染的情况,可减少发光二极管芯片的内部吸收,从而提高了发光二极管 芯片的发光效率. 此外,采用本发明所述方法制备的衬底结构,在衬底上形成了凸包形微结构, 且该微结 构可以有效减少界面反射,同时也可减少内部吸收, 该微结构可有效改善外延生长的缺陷, 从而进一步提高了发光二极管的发光效率. 说明书10003 2002.8

3 附图说明 图1a-1e 是本发明发光二极管芯片衬底结构的制备方法流程示意图. 具体实施方式 下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤,为了示出的方便附图并未按照比例绘 制. 实施例一 首先参照图 1a 所示,在蓝宝石衬底

10 上涂敷光刻胶,形成一层光刻胶膜层 20, 光刻胶 膜层

20 的厚度为 0.5um. 接着通过光刻工艺将光刻胶在衬底上图形化,形成所期望的图案如图 1b 所示,该图案为周期性规则排列的圆锥.然后利用深紫外线(DUV)30 对图形化的光刻胶 膜层

21 进行照射如图 1c 所示,照射条件如下:选用波长为 300nm 的深紫外线,照射角度

90 °,照射时间

60 分钟.照射角度指所述深紫外线(DUV)30 与图形化的光刻胶膜层

21 所在平 面之间的夹角.图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,其性质发生了改变, 使图形化的光刻胶膜层

21 抗ICP(电感耦合等离子体)刻蚀的能力得到了提高,可直接利用 图形化的光刻胶膜层

21 做掩膜.然后采用平台烘烤光刻胶回流技术将光刻胶图案形成类似如 图1d 所示的多个凸包形微结构图案.回流条件如下:烘烤温度为 50℃,时间为 0.1 分钟.之 后采用 ICP(电感耦合等离子体)蚀刻技术将此种图案转移到蓝宝石上如图 1e 所示,在蓝宝 石衬底

10 表面形成多个凸包形的微结构 11, 该微结构

11 正面为蒙古包形,其剖面轮廓线为圆 弧形. 由于图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,抗ICP(电感耦合等离子体) 刻蚀的能力得到了提高,经刻蚀后得到的衬底表面没有出现常规下会被刻黑的情况,从而使 衬底受到污染的问题得到解决;

可直接利用图形化的光刻胶膜层

21 做掩膜,使不能直接利用 常规光刻胶制造优良微结构图形的问题得到解决.采用所得衬底结构制备的发光二极管芯片, 由于衬底未受到污染,减少了内部吸收,且衬底表面形成的蒙古包形微结构有效减少了界面 反射及内部吸收,有较高的发光效率. 实施例二 首先参照图 1a 所示,在蓝宝石衬底

10 上涂敷光刻胶,形成一层光刻胶膜层 20, 光刻胶 膜层

20 的厚度为 2um.接着通过光刻工艺将光刻胶在衬底上图形化,形成所期望的图案如图 1b 所示,该图案为非周期性规则排列的四棱柱.然后利用深紫外线(DUV)30 对图形化的光 刻胶膜层

21 进行照射如图 1c 所示,照射条件如下:选用波长为 200nm 的深紫外线,照射角 说明书10003 2002.8

4 度60°,照射时间

30 分钟.照射角度指所述深紫外线(DUV)30 与图形化的光刻胶膜层

21 所在平面之间的夹角.图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,其性质发生了 改变,使图形化的光刻胶膜层

21 抗ICP(电感耦合等离子体)刻蚀的能力得到了提高.然后 采用平台烘烤光刻胶回流技术将光刻胶图案形成类似如图 1d 所示的多个凸包形微结构图案. 回流条件如下:烘烤温度为 200℃,时间为

20 分钟.之后采用 ICP(电感耦合等离子体)蚀刻 技术将此种图案转移到蓝宝石上如图 1e 所示,在蓝宝石衬底

10 表面形成多个凸包形的微结 构11, 该微结构

11 正面为蒙古包形,其剖面轮廓线为弧线形. 由于图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,抗ICP(电感耦合等离子体) 刻蚀的能力得到了提高,经刻蚀后得到的衬底表面没有出现常规下会被刻黑的情况,从而使 衬底受到污染的问题得到解决.直接利用图形化的光刻胶膜层

21 做掩膜,刻蚀后衬底表面干 净、光滑,使不能直接利用常规光刻胶制造优良微结构图形的问题得到解决.采用所得衬底 结构制备的发光二极管芯片,由于衬底未受到污染,减少了内部吸收,且衬底表面形成的蒙 古包形微结构有效减少了界面反射及内部吸收,可有效改善外延生长的缺陷,有很高的发光 效率. 实施例三 首先参照图 1a 所示,在蓝宝石衬底

10 上涂敷光刻胶,形成一层光刻胶膜层 20, 光刻胶 膜层

20 的厚度为 4um.接着通过光刻工艺将光刻胶在衬底上图形化,形成所期望的图案如图 1b 所示,该图案为非周期性规则排列的圆台.然后利用深紫外线(DUV)30 对图形化的光刻 胶膜层

21 进行照射如图 1c 所示,照射条件如下:选用波长为 100nm 的深紫外线,照射角度 30°,照射时间

1 分钟.照射角度指所述深紫外线(DUV)30 与图形化的光刻胶膜层

21 所在 平面之间的夹角.图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,其性质发生了改变, 使图形化的光刻胶膜层

21 抗ICP(电感耦合等离子体)刻蚀的能力得到了提高.然后采用平 台烘烤光刻胶回流技术将光刻胶图案形成类似如图 1d 所示的多个凸包形微结构图案.回流条 件如下:烘烤温度为 400℃,时间为

60 分钟.之后采用 ICP(电感耦合等离子体)蚀刻技术将 此种图案转移到蓝宝石上如图 1e 所示, 在蓝宝石衬底

10 表面形成多个凸包形的微结构 11, 该 微结构

11 正面为蒙古包形,其剖面轮廓线为弧线形. 由于图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,抗ICP(电感耦合等离子体) 刻蚀的能力得到了提高,经刻蚀后得到的衬底表面没有出现常规下会被刻黑的情况,从而使 衬底受到污染的问题得到解决.直接利用图形化的光刻胶膜层

21 做掩膜,刻蚀后衬底表面干 说明书10003 2002.8

5 净、光滑,得到了优良的微结构图形,使不能直接利用常规光刻胶制造优良微结构图形的问 题得到解决.采用所得衬底结构制备的发光二极管芯片,由于衬底未受到污染,减少了内部 吸收,且衬底表面形成的蒙古包形微结构有效减少了界面反射及内部吸收,可有效改善外延 生长的缺陷,有极高的发光效率. 实施例四 首先参照图 1a 所示,在蓝宝石衬底

10 上涂敷光刻胶,形成一层光刻胶膜层 20, 光刻胶 膜层

20 的厚度为 4um.接着通过光刻工艺将光刻胶在衬底上图形化,形成所期望的图案如图 1b 所示,该图案为周期性规则排列的圆柱.然后利用深紫外线(DUV)30 对图形化的光刻胶 膜层

21 进行照射如图 1c 所示,照射条件如下:选用波长为 100nm 的深紫外线,照射角度

0 °,照射时间

1 秒.照射角度指所述深紫外线(DUV)30 与图形化的光刻胶膜层

21 所在平面 之间的夹角.图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,其性质发生了改变,使 图形化的光刻胶膜层

21 抗ICP(电感耦合等离子体)刻蚀的能力得到了提高.然后采用平台 烘烤光刻胶回流技术将光刻胶图案形成类似如图 1d 所示的多个凸包形微结构图案.回流条件 如下:烘烤温度为 400℃,时间为

60 分钟.之后采用 ICP(电感耦合等离子体)蚀刻技术将此 种图案转移到蓝宝石上如图 1e 所示,在蓝宝石衬底

10 表面形成多个凸包形的微结构 11, 该 微结构

11 正面为蒙古包形,其剖面轮廓线为弧线形. 由于图形化的光刻胶膜层

21 经深紫外线(DUV)30 照射后,抗ICP(电感耦合等离子体) 刻蚀的能力得到了提高,经刻蚀后得到的衬底表面没有出现常规下会被刻黑的情况,从而使 衬底受到污染的问题得到解决.直接利用图形化的光刻胶膜层

21 做掩膜,刻蚀后衬底表面干 净,且得到了优质的微结构图形,该微结构图形轮廓光滑,使不能直接利用常规光刻胶制造 优良微结构图形的问题得到解决.采用所得衬底结构制备的发光二极管芯片,由于衬底未受 到污染,减少了内部吸收,且衬底表面形成的优质的蒙古包形微结构有效减少了界面反射及 内部吸收,可有效改善外延生长的缺陷,有极高的发光效率. 通过对比实验,从测试数据可以看出,实施例四中采用本发明所述衬底的管芯比采用普 通蓝宝石衬底的管芯发光效率高 70%. 光刻工艺 刻蚀效果 常规光刻工艺 刻黑、图案不清晰 添加采用深紫外线照射光刻胶步 骤的光刻工艺 未被刻黑,图案清晰,表面光洁 根据本发明的具体实施例, 由于采用深紫外线 (DUV) 对光刻胶照射, 提高了光刻胶抗 ICP 说明书10003 2002.8

6 (电感耦合等离子体)刻蚀的能力.从而克服了常规下在制备衬底时,由于光刻胶经过 ICP 刻蚀后,光刻胶易被打入衬底里,衬底表面会被刻黑,从而使衬底受到污染的问题.由于本 发明所述方法由于可有效减少刻蚀后衬底的污染,可减少发光二极管芯片的内部吸收,从而 提高了发光二极管芯片的发光效率.此外,采用本发明所述方法制备的衬底结构,在衬底上 形成了蒙古包形微结构, 且该微结构可以有效减少界面反射,同时也可减少内部吸收,从而进 一步提高了发光二极管的发光效率. 本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件,属于本领域技术人员熟悉的范畴,在此 不再赘述. 上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案.任何不脱离本发明精神和范围的技 术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中. 说明书附图10004 2002.8

1 图1a 图1b 图1c 图1d 图1e

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