CN101924173A - 高光效图形衬底及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高光效图形衬底及其制造方法，在衬底上刻蚀有中心对称图形，中心对称图形向衬底的四周延伸，中心对称图形为正方形、正六边形、圆形、角度为60°的等边菱形、由六个相同正三角形组成的正六边形、由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的相同正三角形组成的正六边形和由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正方形边长之间的垂直距离、两个相邻的正三角边形边长之间的垂直距离、两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离、两个相邻的等边菱形边长之间的垂直距离、两个相邻的圆形的圆周间最短距离和圆形与相邻的正六边形之间的最短距离分别相等。
Description
技术领域
本发明涉及了一种高光效图形衬底及其制造方法，特别是涉及了一种用于LED光源的高光效图形衬底及其制造方法。
背景技术
半导体照明是绿色产业的基础产业，随着“低碳经济”的全面推动，绿色照明也更备受各国政府的重视。为了在照明领域实现低碳经济，各国政府都提出和实施绿色照明工程。各个国家和地区纷纷制定政策扶持LED照明产业发展。目前人们正在开发和推广替代白炽灯、卤钨灯等节能效果显著、性价比高的半导体照明定型产品；开发和推广停车场、隧道、道路等性能要求高、照明时间长的功能性半导体照明定型产品；发展中大尺寸液晶显示背光源、汽车照明等增长力大的半导体照明产品；发展医疗、农业等特殊用途的半导体照明产品。为实现这些用途，提高LED的亮度和功率是LED企业生存和发展的关键所在。LED企业也逐步从低端产品向高端、高亮度和大功率LED产品挺进。除采用优化的LED外延结构外，为提高LED的发光效率，对所用衬底的表面进行图形化处理，从而降低后道外延材料的缺陷密度，提高光子在外延层和衬底界面的反射率，从而提高器件光的输出功率。
发明内容
本申请的发明目的为了解决现有LED光源发光效率低的问题，而提供一种发光效率高的高光效图形衬底和制造该高光效图形衬底的方法。
为了完成本发明的发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种高光效图形衬底，在衬底上刻蚀有中心对称图形，中心对称图形向衬底的四周延伸，其中：所述的中心对称图形为正方形、正六边形、圆形、角度为60°的等边菱形、由六个相同正三角形组成的正六边形、由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的相同正三角形组成的正六边形和由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正方形边长之间的垂直距离、两个相邻的正三角边形边长之间的垂直距离、两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离、两个相邻的等边菱形边长之间的垂直距离、两个相邻的圆形的圆周间最短距离和圆形与相邻的正六边形之间的最短距离分别相等，上述距离为0.2-2um，上述相邻的正方形之间、相邻的正六边形之间、相邻的圆形之间、相邻的等边菱形之间、相邻的正三角形之间、圆形与相邻正六边形之间的缝隙被刻蚀，被刻蚀的深度为0.5-1um，其中正方形的边长、正六边形的边长、圆形的半径、等边菱形的边长或正三角形的边长的长度为0.1-4um，该高光效图形衬底的刻蚀率在15％-60％范围内；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为正方形的排列为：相邻的正方形的边长相等并且相邻边彼此平行；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为正六边形的排列为：距每个正六边形的六个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为圆形的排列为：相邻的两个圆形的半径相同并且两个圆形的圆心距相等；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为角度为60°的等边菱形的排列为：距每个上述等边菱形的四个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述等边菱形边长相等的另一个等边的菱形，相邻的等边菱形的相邻边长彼此平行；
本发明的一种高光效图形衬底，其中；所述中心对称图形为由六个相同正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线，其中嵌入圆的圆心为相邻六个正三角形的相邻六个顶角组成矩形的几何的中心，嵌入圆的半径大于相邻正三角形边长间垂直距离的2倍小于正三角形边长的0.3倍；
本发明的一种高光效图形衬底，其中：所述中心对称图形为由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形的排列为：距每个圆形外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述圆形外切的正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行，圆形的半径为正六边形边长的
倍；
本发明的一种高光效图形衬底的制造方法，其中：它包括以下步骤：
(a)用镀膜机在厚度为2-3mm衬底上均匀蒸镀0.5-1um的含有Ni或Ti的金属掩膜层，在镀过金属掩膜层的衬底上涂敷厚度为0.5-1um的光刻胶层，光刻胶层的主要成分为酚醛树脂；
(b)用光刻机对光刻胶层进行曝光后显影定影，将上述图形转移到光刻胶层上，通过光刻，将上述图形之间缝隙刻蚀，在缝隙上露出金属掩膜层；
(c)用浓度1％-5％的硝酸铈胺溶液对露出的金属掩膜层进行化学腐蚀，在缝隙上露出衬底；
(d)用丙酮或甲醇去除光刻胶层后；在体积比为2％-10％的刻蚀气体Cl2、BCl3或Ar的作用下，利用等离子刻蚀或反应离子刻蚀对衬底进行刻蚀，在衬底上刻蚀掉深度为0.5-1um的衬底；
(e)用浓度为1-5％的硝酸铈胺溶液腐蚀剩余的金属掩膜层，露出刻有上述图形之间缝隙的衬底；
(f)用浓度为20％-30％的硫酸或磷酸冲洗上述步骤(e)的衬底后，再用离子水冲洗上述衬底，然后烘干上述衬底，即得到高光效图形衬底；
本发明的一种高光效图形衬底的制造方法，其中：所述衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化物单晶材料；所述的光刻机为接触光刻机或步进光刻机。
本发明的一种高光效图形衬底与现有的图形衬底相比，本发明在衬底上形成亚微米级周期凹凸结构及其制造方法，一方面提高外延材料的质量，降低材料的缺陷密度，另一方面，增强光在外延层和衬底之间的反射效率，使出光效率比平片非图形衬底提高75％左右，而一般的图形衬底只能提高15-30％左右。
附图说明
图1为本发明的高光效图形衬底的第一个实施例的图形排布的示意图，它是由正六边形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图2为本发明的高光效图形衬底的第二个实施例的图形排布的示意图，它是由圆形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图3为本发明的高光效图形衬底的第三个实施例的图形排布的示意图；它由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图4为本发明的高光效图形衬底的第四个实施例的图形排布的示意图，它是由六个相同正三角形组成的正六边形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图5为本发明的高光效图形衬底的第五个实施例的图形排布的示意图，它是由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的相同正三角形组成的正六边形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图6为本发明的高光效图形衬底的第七个实施例的图形排布的示意图，它是由正方形为基准单位的中心对称图形的衬底；
图7为本发明的高光效图形衬底的第六个实施例的图形排布的示意图，它是由角度为60°的等边菱形为基准定位的中心对称图形的衬底；
图8至图13为本发明的高光效图形衬底的制造方法步骤的示意图。
具体实施方式
参照图1至图7，本发明的高光效图形衬底是在衬底上刻蚀有中心对称图形，中心对称图形向衬底的四周延伸，中心对称图形为正方形、正六边形、圆形、角度为60°的等边菱形、由六个相同正三角形组成的正六边形、由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的相同正三角形组成的正六边形和由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正方形边长之间的垂直距离、两个相邻的正三角边形边长之间的垂直距离、两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离、两个相邻的等边菱形边长之间的垂直距离、两个相邻的圆形的圆周间最短距离和圆形与相邻的正六边形之间的最短距离分别相等，上述距离为0.2-2um，上述相邻的正方形之间、相邻的正六边形之间、相邻的圆形之间、相邻的等边菱形之间、相邻的正三角形之间、圆形与相邻正六边形之间的缝隙被刻蚀，被刻蚀的深度为0.5-1um，其中正方形的边长、正六边形的边长、圆形的半径、等边菱形的边长或正三角形的边长的长度为0.1-4um。该高光效图形衬底的刻蚀率在15％-60％范围内，其中刻蚀率为在高光效图形衬底上刻蚀掉的面积与整个高光效图形衬底的总面积之比。
以下实施例是分别将实施例的不同处加以描述，相同之处不再累述。
第一实施例：
如图1所示，中心对称图形为正六边形的排列为：距每个正六边形的六个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离相同，为0.2-2um，其正六边形的边长为0.2-2.5um。
第二实施例：
如图2所示，中心对称图形为圆形的排列为：相邻的两个圆形的半径相同并且两个圆形的圆心距相等，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，两个相邻的圆长彼此平行，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的圆形的圆周之间的最短距离相同，为0.2-1.5um。其圆形的半径为0.2-4um。
第三实施例：
如图3所示，中心对称图形为由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形的排列为：距每个圆形外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述圆形外切的正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行，圆形的半径为正六边形边长的
倍，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离和圆形与相邻的正六边形的最短距离均相同，均为0.2-2um，其正六边形的边长为0.2-2.5um。
第四实施例：
如图4所示，所述中心对称图形为由六个相同正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线。以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正三角形边长之间的垂直距离相同，为0.2-1um，其正三角形的边长为0.25-3um。
第五实施例：
如图5所示，所述中心对称图形为由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线，其中嵌入圆的圆心为相邻六个正三角形的相邻六个顶角组成矩形的几何的中心，嵌入圆的半径大于相邻正三角形边长间垂直距离的2倍小于正三角形边长的0.3倍，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正三角形边长之间的垂直距离相同，为0.2-1um，其正三角形的边长为0.25-3um。
第六实施例：
如图6所示，中心对称图形为正方形的排列为：相邻的正方形的边长相等并且相邻边彼此平行，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正方形边长之间的垂直距离相同，为0.2-1.5um，其正方形的边长为0.2-4um。
第七实施例：
如图7所示，中心对称图形为角度为60°的等边菱形的排列为：距每个上述等边菱形的四个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述等边菱形边长相等的另一个等边的菱形，相邻的菱形的相邻边长彼此平行，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的等边菱形边长之间的垂直距离相同，为0.2-1.5um，其等边菱形的边长为0.2-4um。
第八实施例：
如图8至图13所示，本发明的一种高光效图形衬底的制造方法，它包括以下步骤：
(a)如图8所示，用镀膜机在厚度为2-3mm衬底1上均匀蒸镀0.5-1um的含有Ni或Ti的金属掩膜层2，在镀过金属掩膜层2的衬底1上涂敷厚度为0.5-1um的光刻胶层3，光刻胶层3主要成分为酚醛树脂，衬底1的材料为蓝宝石、硅、碳化硅和氮化物单晶材料，例如：氮化镓，铝镓氮或氮化铝等；
(b)如图9所示，用接触光刻机或步进光刻机对光刻胶层3进行曝光后显影定影，将上述图形转移到光刻胶层3上，通过光刻，将上述图形之间缝隙刻蚀，在缝隙上露出金属掩膜层2；
(c)如图10所示，用浓度为1％-5％的硝酸铈胺溶液对露出的金属掩膜层2进行化学腐蚀，在缝隙上露出衬底1；
(d)如图11所示，用丙酮或甲醇去除光刻胶层3后；如图12所示，在体积比为2％-10％的刻蚀气体Cl2、BCl3或Ar的作用下，利用等离子体刻蚀或反应离子刻蚀对衬底1进行刻蚀，在衬底1上刻蚀掉深度为0.5-1um的衬底1；
(e)如图12所示，用浓度为1％-5％的硝酸铈胺溶液腐蚀剩余的金属掩膜层2，如图13所示，露出刻有上述图形之间缝隙的衬底1；
(f)用浓度为20％-30％的硫酸或磷酸冲洗上述步骤(e)的衬底后，再用离子水冲洗上述衬底，然后烘干上述衬底，即得到高光效图形衬底。
以上实施例只是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种高光效图形衬底，在衬底上刻蚀有中心对称图形，中心对称图形向衬底的四周延伸，其特征在于：所述的中心对称图形为正方形、正六边形、圆形、角度为60°的等边菱形、由六个相同正三角形组成的正六边形、由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的相同正三角形组成的正六边形和由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形，以上述中心对称图形为基准单位向衬底的四周延伸，使两个相邻的正方形边长之间的垂直距离、两个相邻的正三角边形边长之间的垂直距离、两个相邻的正六边形边长之间的垂直距离、两个相邻的等边菱形边长之间的垂直距离、两个相邻的圆形的圆周间最短距离和圆形与相邻的正六边形之间的最短距离分别相等，上述距离为0.2-2um，上述相邻的正方形之间、相邻的正六边形之间、相邻的圆形之间、相邻的等边菱形之间、相邻的正三角形之间、圆形与相邻正六边形之间的缝隙被刻蚀，被刻蚀的深度为0.5-1um，其中正方形的边长、正六边形的边长、圆形的半径、等边菱形的边长或正三角形的边长的长度为0.1-4um，该高光效图形衬底的刻蚀率在15％-60％范围内。
2.权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为正方形的排列为：相邻的正方形的边长相等并且相邻边彼此平行。
3.权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为正六边形的排列为：距每个正六边形的六个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行。
4.如权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为圆形的排列为：相邻的两个圆形的半径相同并且两个圆形的圆心距相等。
5.如权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为角度为60°的等边菱形的排列为：距每个上述等边菱形的四个边的外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述等边菱形边长相等的另一个等边菱形，相邻的等边菱形的相邻边长彼此平行。
6.如权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为由六个相同正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线。
7.如权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为由中心为圆形和嵌入圆形的六个对称分布的正三角形组成的正六边形的排列为：在上述相邻的六个正三角形中，三个正三角形的顶角在一条直线上，另外三个正三角形的顶角在另一条直线上，上述两条直线彼此平行，并且分别与两个正三角形的边共线，其中嵌入圆的圆心为相邻六个正三角形的相邻六个顶角组成矩形的几何的中心，嵌入圆的半径大于相邻正三角形边长间垂直距离的2倍小于正三角形边长的0.3倍。
8.如权利要求1所述的高光效图形衬底，其特征在于：所述中心对称图形为由中心为圆形及与该圆形分开的六个对称分布的相同正六边形组成的正六边形的排列为：距每个圆形外侧相等垂直距离处分别设置一个与上述圆形外切的正六边形的边长相等的另一个正六边形，相邻的正六边形的相邻边长彼此平行，圆形的半径为正六边形边长的
倍。
9.如权利要求1至8所述的高光效图形衬底的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(a)用镀膜机在厚度为2-3mm衬底(1)上均匀蒸镀0.5-1um的含有Ni或Ti的金属掩膜层(2)，在镀过金属掩膜层(2)的衬底(1)上涂敷厚度为0.5-1um的光刻胶层(3)，光刻胶层(3)的主要成分为酚醛树脂；
(b)用光刻机对光刻胶层(3)进行曝光后显影定影，将上述图形转移到光刻胶层(3)上，通过光刻，将上述图形之间缝隙刻蚀，在缝隙上露出金属掩膜层(2)；
(c)用浓度1％-5％的硝酸铈胺溶液对露出的金属掩膜层(2)进行化学腐蚀，在缝隙上露出衬底(1)；
(d)用丙酮或甲醇去除光刻胶层(3)后；在体积比为2％-10％的刻蚀气体Cl2、BCl3或Ar的作用下，利用等离子刻蚀或反应离子刻蚀对衬底(1)进行刻蚀，在衬底(1)上刻蚀掉深度为0.5-1um的衬底(1)；
(e)用浓度为1-5％的硝酸铈胺溶液腐蚀剩余的金属掩膜层(2)，露出刻有上述图形之间缝隙的衬底(1)；
(f)用浓度为20％-30％的硫酸或磷酸冲洗上述步骤(e)的衬底后，再用离子水冲洗上述衬底，然后烘干上述衬底，即得到高光效图形衬底。
10.如权利要求9所述的高光效图形衬底的制造方法，其特征在于：所述衬底(1)的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化物单晶材料；所述的光刻机为接触光刻机或步进光刻机。
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