專利名稱：高光效圖形襯底及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種高光效圖形襯底及其制造方法，特別是涉及了一種用于LED光 源的高光效圖形襯底及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體照明是綠色產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著“低碳經(jīng)濟”的全面推動，綠色照明也更 備受各國政府的重視。為了在照明領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳經(jīng)濟，各國政府都提出和實施綠色照明工 程。各個國家和地區(qū)紛紛制定政策扶持LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前人們正在開發(fā)和推廣替代 白熾燈、鹵鎢燈等節(jié)能效果顯著、性價比高的半導(dǎo)體照明定型產(chǎn)品；開發(fā)和推廣停車場、隧 道、道路等性能要求高、照明時間長的功能性半導(dǎo)體照明定型產(chǎn)品；發(fā)展中大尺寸液晶顯示 背光源、汽車照明等增長力大的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品；發(fā)展醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等特殊用途的半導(dǎo)體照明 產(chǎn)品。為實現(xiàn)這些用途，提高LED的亮度和功率是LED企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵所在。LED企 業(yè)也逐步從低端產(chǎn)品向高端、高亮度和大功率LED產(chǎn)品挺進。除采用優(yōu)化的LED外延結(jié)構(gòu) 外，為提高LED的發(fā)光效率，對所用襯底的表面進行圖形化處理，從而降低后道外延材料的 缺陷密度，提高光子在外延層和襯底界面的反射率，從而提高器件光的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的發(fā)明目的為了解決現(xiàn)有LED光源發(fā)光效率低的問題，而提供一種發(fā)光效 率高的高光效圖形襯底和制造該高光效圖形襯底的方法。為了完成本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，在襯底上刻蝕有中心對稱圖形，中心對稱圖形向 襯底的四周延伸，其中所述的中心對稱圖形為正方形、正六邊形、圓形、角度為60°的等 邊菱形、由六個相同正三角形組成的正六邊形、由中心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分布 的相同正三角形組成的正六邊形和由中心為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相同 正六邊形組成的正六邊形，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相 鄰的正方形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正三角邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰 的正六邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的等邊菱形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的 圓形的圓周間最短距離和圓形與相鄰的正六邊形之間的最短距離分別相等，上述距離為 0. 2-2um，上述相鄰的正方形之間、相鄰的正六邊形之間、相鄰的圓形之間、相鄰的等邊菱 形之間、相鄰的正三角形之間、圓形與相鄰正六邊形之間的縫隙被刻蝕，被刻蝕的深度為 0. 5-lum，其中正方形的邊長、正六邊形的邊長、圓形的半徑、等邊菱形的邊長或正三角形的 邊長的長度為0. l-4um，該高光效圖形襯底的刻蝕率在15% -60%范圍內(nèi)；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為正方形的排列為相 鄰的正方形的邊長相等并且相鄰邊彼此平行；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為正六邊形的排列為 距每個正六邊形的六個邊的外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述正六邊形的邊長相
4等的另一個正六邊形，相鄰的正六邊形的相鄰邊長彼此平行；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為圓形的排列為相鄰 的兩個圓形的半徑相同并且兩個圓形的圓心距相等；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為角度為60°的等邊菱 形的排列為距每個上述等邊菱形的四個邊的外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述等 邊菱形邊長相等的另一個等邊的菱形，相鄰的等邊菱形的相鄰邊長彼此平行；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中；所述中心對稱圖形為由六個相同正三角形 組成的正六邊形的排列為在上述相鄰的六個正三角形中，三個正三角形的頂角在一條直 線上，另外三個正三角形的頂角在另一條直線上，上述兩條直線彼此平行，并且分別與兩個 正三角形的邊共線；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為由中心為圓形和嵌入 圓形的六個對稱分布的正三角形組成的正六邊形的排列為在上述相鄰的六個正三角形 中，三個正三角形的頂角在一條直線上，另外三個正三角形的頂角在另一條直線上，上述兩 條直線彼此平行，并且分別與兩個正三角形的邊共線，其中嵌入圓的圓心為相鄰六個正三 角形的相鄰六個頂角組成矩形的幾何的中心，嵌入圓的半徑大于相鄰正三角形邊長間垂直 距離的2倍小于正三角形邊長的0. 3倍；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底，其中所述中心對稱圖形為由中心為圓形及與該 圓形分開的六個對稱分布的相同正六邊形組成的正六邊形的排列為距每個圓形外側(cè)相等 垂直距離處分別設(shè)置一個與上述圓形外切的正六邊形的邊長相等的另一個正六邊形，相鄰 的正六邊形的相鄰邊長彼此平行，圓形的半徑為正六邊形邊長的力/2倍；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底的制造方法，其中它包括以下步驟(a)用鍍膜機在厚度為2_3mm襯底上均勻蒸鍍0. 5-lum的含有Ni或Ti的金屬掩 膜層，在鍍過金屬掩膜層的襯底上涂敷厚度為0. 5-lum的光刻膠層，光刻膠層的主要成分 為酚醛樹脂；(b)用光刻機對光刻膠層進行曝光后顯影定影，將上述圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上，通 過光刻，將上述圖形之間縫隙刻蝕，在縫隙上露出金屬掩膜層；(c)用濃度-5%的硝酸鈰胺溶液對露出的金屬掩膜層進行化學(xué)腐蝕，在縫隙 上露出襯底；(d)用丙酮或甲醇去除光刻膠層后；在體積比為2% -10%的刻蝕氣體Cl2、BCl3 或Ar的作用下，利用等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕對襯底進行刻蝕，在襯底上刻蝕掉深度為 0. 5-lum的襯底；(e)用濃度為1-5%的硝酸鈰胺溶液腐蝕剩余的金屬掩膜層，露出刻有上述圖形 之間縫隙的襯底；(f)用濃度為20%-30%的硫酸或磷酸沖洗上述步驟(e)的襯底后，再用離子水沖 洗上述襯底，然后烘干上述襯底，即得到高光效圖形襯底；本發(fā)明的一種高光效圖形襯底的制造方法，其中所述襯底的材料為藍寶石、硅、 碳化硅或氮化物單晶材料；所述的光刻機為接觸光刻機或步進光刻機。本發(fā)明的一種高光效圖形襯底與現(xiàn)有的圖形襯底相比，本發(fā)明在襯底上形成亞微 米級周期凹凸結(jié)構(gòu)及其制造方法，一方面提高外延材料的質(zhì)量，降低材料的缺陷密度，另一
5方面，增強光在外延層和襯底之間的反射效率，使出光效率比平片非圖形襯底提高75%左 右，而一般的圖形襯底只能提高15-30%左右。


圖1為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第一個實施例的圖形排布的示意圖，它是由正 六邊形為基準單位的中心對稱圖形的襯底；圖2為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第二個實施例的圖形排布的示意圖，它是由圓 形為基準單位的中心對稱圖形的襯底；圖3為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第三個實施例的圖形排布的示意圖；它由中心 為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相同正六邊形組成的正六邊形為基準單位的中 心對稱圖形的襯底；圖4為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第四個實施例的圖形排布的示意圖，它是由六 個相同正三角形組成的正六邊形為基準單位的中心對稱圖形的襯底；圖5為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第五個實施例的圖形排布的示意圖，它是由中 心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分布的相同正三角形組成的正六邊形為基準單位的中心 對稱圖形的襯底；圖6為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第七個實施例的圖形排布的示意圖，它是由正 方形為基準單位的中心對稱圖形的襯底；圖7為本發(fā)明的高光效圖形襯底的第六個實施例的圖形排布的示意圖，它是由角 度為60°的等邊菱形為基準定位的中心對稱圖形的襯底；圖8至圖13為本發(fā)明的高光效圖形襯底的制造方法步驟的示意圖。
具體實施例方式參照圖1至圖7，本發(fā)明的高光效圖形襯底是在襯底上刻蝕有中心對稱圖形，中 心對稱圖形向襯底的四周延伸，中心對稱圖形為正方形、正六邊形、圓形、角度為60°的 等邊菱形、由六個相同正三角形組成的正六邊形、由中心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分 布的相同正三角形組成的正六邊形和由中心為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相 同正六邊形組成的正六邊形，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個 相鄰的正方形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正三角邊形邊長之間的垂直距離、兩個相 鄰的正六邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的等邊菱形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰 的圓形的圓周間最短距離和圓形與相鄰的正六邊形之間的最短距離分別相等，上述距離 為0. 2-2um，上述相鄰的正方形之間、相鄰的正六邊形之間、相鄰的圓形之間、相鄰的等邊 菱形之間、相鄰的正三角形之間、圓形與相鄰正六邊形之間的縫隙被刻蝕，被刻蝕的深度為 0. 5-lum，其中正方形的邊長、正六邊形的邊長、圓形的半徑、等邊菱形的邊長或正三角形的 邊長的長度為0. l-4um。該高光效圖形襯底的刻蝕率在15%-60%范圍內(nèi)，其中刻蝕率為在 高光效圖形襯底上刻蝕掉的面積與整個高光效圖形襯底的總面積之比。以下實施例是分別將實施例的不同處加以描述，相同之處不再累述。第一實施例如圖1所示，中心對稱圖形為正六邊形的排列為距每個正六邊形的六個邊的外
6側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述正六邊形的邊長相等的另一個正六邊形，相鄰的正 六邊形的相鄰邊長彼此平行，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個 相鄰的正六邊形邊長之間的垂直距離相同，為0. 2-2um，其正六邊形的邊長為0. 2-2. 5um。第二實施例如圖2所示，中心對稱圖形為圓形的排列為相鄰的兩個圓形的半徑相同并且兩 個圓形的圓心距相等，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，兩個相鄰的圓 長彼此平行，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的圓形的圓 周之間的最短距離相同，為0. 2-1. 5um。其圓形的半徑為0. 2-4um。第三實施例如圖3所示，中心對稱圖形為由中心為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相 同正六邊形組成的正六邊形的排列為距每個圓形外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上 述圓形外切的正六邊形的邊長相等的另一個正六邊形，相鄰的正六邊形的相鄰邊長彼此平 行，圓形的半徑為正六邊形邊長的V^/2倍，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周 延伸，使兩個相鄰的正六邊形邊長之間的垂直距離和圓形與相鄰的正六邊形的最短距離均 相同，均為0. 2-2um，其正六邊形的邊長為0. 2-2. 5um。第四實施例如圖4所示，所述中心對稱圖形為由六個相同正三角形組成的正六邊形的排列 為在上述相鄰的六個正三角形中，三個正三角形的頂角在一條直線上，另外三個正三角形 的頂角在另一條直線上，上述兩條直線彼此平行，并且分別與兩個正三角形的邊共線。以上 述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的正三角形邊長之間的垂直距 離相同，為0. 2-lum，其正三角形的邊長為0. 25-3um。第五實施例如圖5所示，所述中心對稱圖形為由中心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分布的正 三角形組成的正六邊形的排列為在上述相鄰的六個正三角形中，三個正三角形的頂角在 一條直線上，另外三個正三角形的頂角在另一條直線上，上述兩條直線彼此平行，并且分別 與兩個正三角形的邊共線，其中嵌入圓的圓心為相鄰六個正三角形的相鄰六個頂角組成矩 形的幾何的中心，嵌入圓的半徑大于相鄰正三角形邊長間垂直距離的2倍小于正三角形邊 長的0. 3倍，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的正三角形 邊長之間的垂直距離相同，為0. 2-lum，其正三角形的邊長為0. 25-3um。第六實施例如圖6所示，中心對稱圖形為正方形的排列為相鄰的正方形的邊長相等并且相 鄰邊彼此平行，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的正方形 邊長之間的垂直距離相同，為0. 2-1. 5um，其正方形的邊長為0. 2-4um。第七實施例如圖7所示，中心對稱圖形為角度為60°的等邊菱形的排列為距每個上述等邊 菱形的四個邊的外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述等邊菱形邊長相等的另一個等 邊的菱形，相鄰的菱形的相鄰邊長彼此平行，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四 周延伸，使兩個相鄰的等邊菱形邊長之間的垂直距離相同，為0. 2-1. 5um，其等邊菱形的邊 長為 0. 2-4um。
7
第八實施例如圖8至圖13所示，本發(fā)明的一種高光效圖形襯底的制造方法，它包括以下步 驟(a)如圖8所示，用鍍膜機在厚度為2_3mm襯底1上均勻蒸鍍0. 5-lum的含有Ni 或Ti的金屬掩膜層2，在鍍過金屬掩膜層2的襯底1上涂敷厚度為0. 5-lum的光刻膠層3， 光刻膠層3主要成分為酚醛樹脂，襯底1的材料為藍寶石、硅、碳化硅和氮化物單晶材料，例 如氮化鎵，鋁鎵氮或氮化鋁等；(b)如圖9所示，用接觸光刻機或步進光刻機對光刻膠層3進行曝光后顯影定影， 將上述圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層3上，通過光刻，將上述圖形之間縫隙刻蝕，在縫隙上露出金屬 掩膜層2 ；(c)如圖10所示，用濃度為的硝酸鈰胺溶液對露出的金屬掩膜層2進行 化學(xué)腐蝕，在縫隙上露出襯底1 ；(d)如圖11所示，用丙酮或甲醇去除光刻膠層3后；如圖12所示，在體積比為 2% -10%的刻蝕氣體Cl2、BCl3或Ar的作用下，利用等離子體刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕對襯底 1進行刻蝕，在襯底1上刻蝕掉深度為0. 5-lum的襯底1 ；(e)如圖12所示，用濃度為的硝酸鈰胺溶液腐蝕剩余的金屬掩膜層2，如 圖13所示，露出刻有上述圖形之間縫隙的襯底1 ；(f)用濃度為20%-30%的硫酸或磷酸沖洗上述步驟(e)的襯底后，再用離子水沖 洗上述襯底，然后烘干上述襯底，即得到高光效圖形襯底。以上實施例只是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見 權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
8
權(quán)利要求
一種高光效圖形襯底，在襯底上刻蝕有中心對稱圖形，中心對稱圖形向襯底的四周延伸，其特征在于所述的中心對稱圖形為正方形、正六邊形、圓形、角度為60°的等邊菱形、由六個相同正三角形組成的正六邊形、由中心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分布的相同正三角形組成的正六邊形和由中心為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相同正六邊形組成的正六邊形，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的正方形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正三角邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正六邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的等邊菱形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的圓形的圓周間最短距離和圓形與相鄰的正六邊形之間的最短距離分別相等，上述距離為0.2 2um，上述相鄰的正方形之間、相鄰的正六邊形之間、相鄰的圓形之間、相鄰的等邊菱形之間、相鄰的正三角形之間、圓形與相鄰正六邊形之間的縫隙被刻蝕，被刻蝕的深度為0.5 1um，其中正方形的邊長、正六邊形的邊長、圓形的半徑、等邊菱形的邊長或正三角形的邊長的長度為0.1 4um，該高光效圖形襯底的刻蝕率在15％ 60％范圍內(nèi)。
2.權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為正方形的排 列為相鄰的正方形的邊長相等并且相鄰邊彼此平行。
3.權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為正六邊形的 排列為距每個正六邊形的六個邊的外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述正六邊形的 邊長相等的另一個正六邊形，相鄰的正六邊形的相鄰邊長彼此平行。
4.如權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為圓形的排 列為相鄰的兩個圓形的半徑相同并且兩個圓形的圓心距相等。
5.如權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為角度為 60°的等邊菱形的排列為距每個上述等邊菱形的四個邊的外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置 一個與上述等邊菱形邊長相等的另一個等邊菱形，相鄰的等邊菱形的相鄰邊長彼此平行。
6.如權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為由六個相 同正三角形組成的正六邊形的排列為在上述相鄰的六個正三角形中，三個正三角形的頂 角在一條直線上，另外三個正三角形的頂角在另一條直線上，上述兩條直線彼此平行，并且 分別與兩個正三角形的邊共線。
7.如權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為由中心為 圓形和嵌入圓形的六個對稱分布的正三角形組成的正六邊形的排列為在上述相鄰的六個 正三角形中，三個正三角形的頂角在一條直線上，另外三個正三角形的頂角在另一條直線 上，上述兩條直線彼此平行，并且分別與兩個正三角形的邊共線，其中嵌入圓的圓心為相鄰 六個正三角形的相鄰六個頂角組成矩形的幾何的中心，嵌入圓的半徑大于相鄰正三角形邊 長間垂直距離的2倍小于正三角形邊長的0. 3倍。
8.如權(quán)利要求1所述的高光效圖形襯底，其特征在于所述中心對稱圖形為由中心為 圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相同正六邊形組成的正六邊形的排列為距每個圓 形外側(cè)相等垂直距離處分別設(shè)置一個與上述圓形外切的正六邊形的邊長相等的另一個正 六邊形，相鄰的正六邊形的相鄰邊長彼此平行，圓形的半徑為正六邊形邊長的/2倍。
9.如權(quán)利要求1至8所述的高光效圖形襯底的制造方法，其特征在于它包括以下步驟(a)用鍍膜機在厚度為2-3mm襯底(1)上均勻蒸鍍0. 5-lum的含有Ni或Ti的金屬掩膜層(2)，在鍍過金屬掩膜層(2)的襯底(1)上涂敷厚度為0.5-lum的光刻膠層(3)，光刻 膠層(3)的主要成分為酚醛樹脂；(b)用光刻機對光刻膠層(3)進行曝光后顯影定影，將上述圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層(3) 上，通過光刻，將上述圖形之間縫隙刻蝕，在縫隙上露出金屬掩膜層(2)；(c)用濃度-5%的硝酸鈰胺溶液對露出的金屬掩膜層(2)進行化學(xué)腐蝕，在縫隙上 露出襯底(1)；(d)用丙酮或甲醇去除光刻膠層⑶后；在體積比為2%-10%的刻蝕氣體(12工(13或 Ar的作用下，利用等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕對襯底(1)進行刻蝕，在襯底(1)上刻蝕掉深 度為0. 5-lum的襯底(1)；(e)用濃度為1-5%的硝酸鈰胺溶液腐蝕剩余的金屬掩膜層(2)，露出刻有上述圖形之 間縫隙的襯底(1)；(f)用濃度為20%-30%的硫酸或磷酸沖洗上述步驟(e)的襯底后，再用離子水沖洗上 述襯底，然后烘干上述襯底，即得到高光效圖形襯底。
10.如權(quán)利要求9所述的高光效圖形襯底的制造方法，其特征在于所述襯底(1)的材 料為藍寶石、硅、碳化硅或氮化物單晶材料；所述的光刻機為接觸光刻機或步進光刻機。
全文摘要
本發(fā)明涉及高光效圖形襯底及其制造方法，在襯底上刻蝕有中心對稱圖形，中心對稱圖形向襯底的四周延伸，中心對稱圖形為正方形、正六邊形、圓形、角度為60°的等邊菱形、由六個相同正三角形組成的正六邊形、由中心為圓形和嵌入圓形的六個對稱分布的相同正三角形組成的正六邊形和由中心為圓形及與該圓形分開的六個對稱分布的相同正六邊形組成的正六邊形，以上述中心對稱圖形為基準單位向襯底的四周延伸，使兩個相鄰的正方形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正三角邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的正六邊形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的等邊菱形邊長之間的垂直距離、兩個相鄰的圓形的圓周間最短距離和圓形與相鄰的正六邊形之間的最短距離分別相等。
文檔編號H01L33/20GK101924173SQ20101018583
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者孫文紅, 李克勤, 王慶華 申請人:孫文紅;李克勤;王慶華