[发明专利]一种纳米级印模结构及其在发光元件上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级印模结构及其在发光元件上的应用。

背景技术

固态发光元件，例如发光二极管的发光效率必须通过增加内部效率 (internal efficiency)和光取出效率(light extraction)两方面来提升，包括 p-n结(p-n junction)发光层效率的改善，或用不同基板和各种晶体生长技术 等方式来提高发光效率。进一步的改善可利用表面粗糙化处理。因为在原 本平坦的表面，入射角17度以内的光线可以取出，但超过17度就会因全 反射而反射回来。若经过粗化处理，可减少全反射发生几率并增加光取出 率。目前最有效的方法是在芯片表面或基板上制作微结构，以构成界面粗 化或降低介面折射率差距，降低光线在发光二极管芯片全反射的几率。做 法上通常是以离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)或感应耦合等离子体离子 蚀刻系统(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching，ICP-RIE)的工艺 设备技术来形成表面纳米级粗糙度，但此法有均匀性与重复性不佳等问题。 随着半导体产业的蓬勃发展，工艺技术不断地创新，具有高均匀性的纳米 工艺不再是遥不可及的技术，如何利用纳米技术提升发光二极管的发光效 率，则为下世代的研发重点。

目前有许多不同的纳米技术在发展。如在传统半导体工艺中，黄光光 刻技术从深紫外线(DUV)的KrF 248nm曝光源往前缩短至ArF 193nm及F2 157nm等，此类均属于光学光刻技术领域；另外非光学光刻技术也有电子 束直写技术(E-beam direct write)、限角度散射投影式电子束光刻术 (SCALPEL)、X-ray光刻技术、聚焦离子束光刻技术(FIB)等，其工艺技术 都具有将线宽缩小至100nm以下的能力，然而其设备成本也呈现倍数式成 长。一般而言，较具量产能力的DUV和SCALPEL的设备成本极高，而电 子束直写技术虽具有极短的波长(电子波长极短)、极佳的解析度(可至10nm 以下)且不须要光掩模，然而电子束光刻术无法像光学步进机大量生产芯片， 而限制其发展。1996年美国普林斯顿大学S.Y.Chou教授提出纳米转印技 术(Nano-imprint，NI)，此技术是利用表面具有纳米结构的一精密印模 (stamp)，在涂布有热塑性高分子材料(如PR)的一基板上，将温度提高至玻 璃转换温度(Tg)以上进行此精密印模压印(imprint)工艺，使得此热塑性高分 子材料随着印模表面结构而成形。待温度冷却之后高分子材料固化，移开 印模，并以干蚀刻清除残余光致抗蚀剂，进而将印模上的图案转印至基板 上，其制作流程类似传统热压成型法，工艺流程图如图1所示。纳米转印 技术其转印过程中只需先制作好纳米线宽的印模，即可大量复制，具量产 的优势，可弥补电子束直写光刻技术产率低的缺点，且其设备成本也远较 光学步进机来得低。

就纳米转印技术的意义而言，可定义为“将具有纳米结构的印模，通 过各种方式(如热压、UV光曝照等)将此结构图案转印至特定材料上，使 其达到大量转印/量产化的目的”。基于此一技术发展的理由，很明显可看出 此一技术的优势便在于(1)可达到纳米级小线宽，(2)转印速度快：相对于目 前现有纳米级成型技术，具有量产优势。因此，整个技术重点在于“印模 结构的精密制作”。常见的印模制作方法是利用电子束光刻直写或离子光光 刻技术等方式制作，但因制作费时，价格高居不下。此外，此类型的印模 大多为步进式(step-profile)的高低起伏样式，虽可应用于发光二极管输出光 的控制(例如光子晶体)，但对于发光二极管的取出效率帮助有限，主要是因 为发光二极管的光大多由纳米结构的侧壁出光。

发明内容

本发明公开一种具有纳米结构的印模，其具有一基板，此一基板可为 氧化铝或硅；一缓冲层位于该基板上方，此缓冲层可为氮化镓、金属或介 电材料；具有纳米结构的一印模层位于该缓冲层上方，此印模层为未掺杂 氮化镓或n型氮化镓材料。

本发明提供一种新型式的精密印模制作方法，利用蚀刻液体受材料晶 格方向影响的特性，蚀刻出纳米级的特定结构或图样，以此印模搭配纳米 转印技术，将纳米图样转印至各波段LED芯片的正面或背面，再藉由蚀刻 技术将图样转移至半导体上，达到藉由粗化提升LED的光取出效率。

附图说明

图1显示纳米转印技术工艺流程图；