CN104201270B - Led衬底结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED衬底结构及其制作方法，通过增透减反结构增加光的透射，从而能够增加LED的出光效率。进一步的，通过将增透减反结构形状设计为纵截面为倒梯形，使得LED在提高发光亮度的同时，增加轴向发光亮度。此外，通过图形互补原理，利用常规沉积、光刻、蚀刻设备将增透减反结构制作在平衬底上，工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。

Description

LED衬底结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体光电芯片制造技术领域，特别涉及一种LED衬底结构及其制作方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，环保意识的增强，对家居环境、休闲和舒适度追求的不断提高。灯具灯饰也逐渐由单纯的照明功能转向装饰和照明共存的局面，具有照明和装饰双重优势的固态冷光源LED取代传统光源进入人们的日常生活成为必然之势。
GaN基LED自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，其结构已趋于成熟和完善，已能够满足人们现阶段对灯具装饰的需求；但要完全取代传统光源进入照明领域，发光亮度的提高却是LED行业科研工作者永无止境的追求。在内量子效率(已接近100％)可提高的空间有限的前提下，LED行业的科研工作者把目光转向了外量子效率，提出了可提高光提取率的多种技术方案和方法，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等。其中图形化衬底技术最具成效，尤其是2010年以来，在政府各种政策的激励和推动下，无论是锥状结构的干法图形化衬底技术还是金字塔形状的湿法图形化衬底技术都得到了飞速的发展，其工艺已经非常成熟，并于2012年完全取代了平衬底，成为LED芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。
图形化衬底技术是利用PSS图形将从发光区射向衬底的光通过不同面反射回去，提高光的逸出概率，提高芯片的出光效率。但是，对于倒装芯片而言，就不需要将光反射回去，而是需要尽可能多的光透射穿过衬底。
相比正装LED芯片，倒装芯片可以解决散热难的问题，商业化的LED芯片大多生长在蓝宝石衬底上，然后将其固定在封装支架上，这样的LED芯片主要通过传导散热，而蓝宝石衬底由于较厚，所以热量难于导出，热量聚集在芯片会影响芯片可靠性，增加光衰和减少芯片寿命；解决光效低的问题，电极挡光，会减少芯片的出光，电流拥挤会增加芯片的电压，这些都会降低芯片的光效；解决封装复杂的问题，单个LED芯片的电压为3V左右，因此需要变压或者将将其串联，这些都增加了封装和应用的难度，工艺难度加大，使整个芯片的可靠性变差。
有如此之多优势的倒装结构将成为未来能大幅提高LED发光亮度的最有前途的GaN基LED的结构，然而倒装结构的LED芯片是在N面(也即反面)出光的，由于蓝宝石的折射率低于氮化镓的折射率，所以外延层射出来的光会在蓝宝石和衬底界面上发生反射，导致较多的光不能出来，减少出光效率，为了解决这一问题，有必要设计一种图形化衬底，减少从外延层射向衬底的光的反射，增加其透射，提高出光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED衬底结构及其制作方法，以解决现有的LED出光效率较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED衬底结构的制作方法，所述LED衬底结构的制作方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一光刻胶；
对所述第一光刻胶执行光刻工艺，在所述衬底上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形；
在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于等于下边长度；
去除所述多个光刻胶图形。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述第一光刻胶为环氧基光刻胶或丙烯酸基光刻胶。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述增透减反结构的材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构包括：
形成由透射材料形成的透射材料层，所述透射材料层覆盖多个光刻胶图形及每相邻两个光刻胶图形之间的衬底；
在所述透射材料层表面形成一层第二光刻胶；
刻蚀所述第二光刻胶，直至部分透射材料层露出；
同比刻蚀所述第二光刻胶及透射材料层，直至第二光刻胶完全消除；
刻蚀部分透射材料层，直至所述多个光刻胶图形的表面露出。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构包括：
形成由透射材料形成的透射材料层，所述透射材料层覆盖多个光刻胶图形及每相邻两个光刻胶图形之间的衬底；
对所述透射材料层采用抛光工艺，直至所述多个光刻胶图形的表面露出。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，采用有机溶剂腐蚀去除所述多个光刻胶图形。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述有机溶剂为丙酮、酒精或者剥离液中的一种或多种组合。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述增透减反结构的纵截面为倒梯形。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述衬底为蓝宝石衬底。
本发明还提供一种利用上述LED衬底结构的制作方法制作的LED衬底结构，所述LED衬底结构包括：衬底，所述衬底上形成有由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于等于下边长度。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述增透减反结构的纵截面为倒梯形。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述增透减反结构的材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述增透减反结构在所述衬底上呈周期性排布。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述衬底为蓝宝石衬底。
在本发明提供的LED衬底结构及其制作方法中，通过增透减反结构增加光的透射，从而能够增加LED的出光效率。进一步的，通过将增透减反结构形状设计为纵截面为倒梯形，使得LED在提高发光亮度的同时，增加轴向发光亮度。此外，通过图形互补原理，利用常规沉积、光刻、蚀刻设备将增透减反结构制作在平衬底上，工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
图2～图10是本发明实施例一的LED的制作方法中所形成的器件结构的示意图；
图11～图18是本发明实施例二的LED的制作方法中所形成的器件结构的示意图；
图19a～19f是本发明实施例的LED衬底结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED衬底结构及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明实施例的LED衬底结构的制作方法的流程示意图。如图1所示，所述LED衬底结构的制作方法包括：
步骤S10：提供衬底；
步骤S11：在所述衬底上形成第一光刻胶；
步骤S12：对所述第一光刻胶执行光刻工艺，在所述衬底上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形；
步骤S13：在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于等于下边长度；
步骤S14：去除所述多个光刻胶图形。
【实施例一】
具体的，请参考图2～图10，其为本发明实施例一的LED衬底结构的制作方法中所形成的器件结构的示意图。
如图2所示，提供衬底20，优选的，所述衬底20为蓝宝石衬底。
接着，如图3所示，在所述衬底20上形成第一光刻胶21。优选的，所述第一光刻胶21为环氧基光刻胶或丙烯酸基光刻胶。
如图4所示，对所述第一光刻胶21执行光刻工艺，在所述衬底20上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形22(在此，所述光刻胶图形22为至少具有一个纵截面为正梯形的结构)。具体的，可通过控制光刻工艺中的曝光焦点和曝光量来控制所形成的光刻胶图形的形状。
接着，如图5～图9所示，在每相邻两个光刻胶图形22之间形成由透射材料形成的增透减反结构25，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构25的纵截面的上边长度大于等于下边长度。
首先，如图5所示，形成由透射材料形成的透射材料层23，所述透射材料层23覆盖多个光刻胶图形22及每相邻两个光刻胶图形22间的衬底20。优选的，形成所述透射材料层23的透射材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。具体的，可采用PECVD工艺或者LPCVD工艺形成所述透射材料层23。
接着，如图6所示，在所述透射材料层23表面形成一层第二光刻胶24。
如图7所示，刻蚀所述第二光刻胶24，直至部分透射材料层23露出。
接着，如图8所示，同比刻蚀所述第二光刻胶24及透射材料层23，直至第二光刻胶24完全消除。
最后，如图9所示，刻蚀部分透射材料层23，直至所述多个光刻胶图形22的表面露出。即在每相邻两个光刻胶图形22间形成增透减反结构25。其中，所述增透减反结构25呈周期性排布。在此，所述增透减反结构25为倒梯形体结构，即所述增透减反结构26的纵截面为倒梯形。
其中，刻蚀所述第二光刻胶24，同比刻蚀所述第二光刻胶24及透射材料层23，以及刻蚀部分透射材料层23可选用如下工艺气体实现：四氟化碳和氧气、三氟氢碳和氧气、或者四氟化碳和三氟氢碳和氧气的混合气体等，通过控制氧气的比例来调节刻蚀选择比。
接着，如图10所示，去除所述多个光刻胶图形22。具体的，可采用有机溶剂腐蚀去除所述多个光刻胶图形22。优选的，所述有机溶剂为丙酮、酒精或者剥离液中的一种或多种组合。请继续参考图10，由此，将形成LED衬底结构2，所述LED衬底结构2包括：衬底20，所述衬底20上形成有由透射材料形成的增透减反结构25，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构25的纵截面的上边长度大于等于下边长度。
综上可见，在本发明实施例提供的LED衬底结构及其制作方法中，通过增透减反结构增加光的透射，从而能够增加LED的出光效率。进一步的，通过将增透减反结构形状设计为纵截面为倒梯形，使得LED在提高发光亮度的同时，增加轴向发光亮度。此外，通过图形互补原理，利用常规沉积、光刻、蚀刻设备将增透减反结构制作在平衬底上，工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。
【实施例二】
具体的，请参考图11～图18，其为本发明实施例二的LED衬底结构的制作方法中所形成的器件结构的示意图。
如图11所示，提供衬底30，优选的，所述衬底30为蓝宝石衬底。
接着，如图12所示，在所述衬底30上形成第一光刻胶31。优选的，所述第一光刻胶31为环氧基光刻胶或丙烯酸基光刻胶。
如图13所示，对所述第一光刻胶31执行光刻工艺，在所述衬底30上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形32(在此，所述光刻胶图形32为至少具有一个纵截面为正梯形的结构)。具体的，可通过控制光刻工艺中的曝光焦点和曝光量来控制所形成的光刻胶图形的形状。
接着，如图14～图17所示，在每相邻两个光刻胶图形32之间形成由透射材料形成的增透减反结构34，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构34的纵截面的上边长度大于等于下边长度。
首先，如图14所示，形成由透射材料形成的透射材料层33，所述透射材料层33覆盖多个光刻胶图形32及每相邻两个光刻胶图形32间的衬底30。优选的，形成所述透射材料层33的透射材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。具体的，可采用PECVD工艺或者LPCVD工艺形成所述透射材料层33。
接着，如图15～图17所示，对所述透射材料层33采用抛光工艺，直至所述多个光刻胶图形32的表面露出，从而形成增透减反结构34。在对所述透射材料层33采用抛光工艺的过程中，所述透射材料层33的厚度慢慢减薄，最终，多个光刻胶图形32表面的透射材料层33均被去除，仅在每相邻两个光刻胶图形32间留有透射材料层33，从而形成增透减反结构34。其中，所述增透减反结构34呈周期性排布。在此，所述增透减反结构34为倒梯形体结构，即所述增透减反结构34的纵截面为倒梯形。
接着，如图18所示，去除所述多个光刻胶图形32。具体的，可采用有机溶剂腐蚀去除所述多个光刻胶图形32。优选的，所述有机溶剂为丙酮、酒精或者剥离液中的一种或多种组合。请继续参考图18，由此，将形成LED衬底结构3，所述LED衬底结构3包括：衬底30，所述衬底30上形成有由透射材料形成的增透减反结构34，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构34的纵截面的上边长度大于等于下边长度。
进一步的，通过调节光刻工艺中的曝光焦点、曝光量和/或曝光时间可形成如图19a～图19f所示的增透减反结构40a～40f，其中，增透减反结构40a～40f纵截面的上边长度大于等于下边长度。
综上可见，在本发明实施例提供的LED衬底结构及其制作方法中，通过增透减反结构增加光的透射，从而能够增加LED的出光效率。进一步的，通过将增透减反结构形状设计为纵截面为倒梯形，使得LED在提高发光亮度的同时，增加轴向发光亮度。此外，通过图形互补原理，利用常规沉积、光刻、蚀刻设备将增透减反结构制作在平衬底上，工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (19)

1.一种LED衬底结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一光刻胶；
对所述第一光刻胶执行光刻工艺，在所述衬底上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形；
在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于下边长度；
去除所述多个光刻胶图形；
其中，在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构包括：
形成由透射材料形成的透射材料层，所述透射材料层覆盖多个光刻胶图形及每相邻两个光刻胶图形之间的衬底；
在所述透射材料层表面形成一层第二光刻胶；
刻蚀所述第二光刻胶，直至部分透射材料层露出；
同比刻蚀所述第二光刻胶及透射材料层，直至第二光刻胶完全消除；
刻蚀部分透射材料层，直至所述多个光刻胶图形的表面露出。
2.如权利要求1所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶为环氧基光刻胶或丙烯酸基光刻胶。
3.如权利要求1所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述增透减反结构的材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，采用有机溶剂腐蚀去除所述多个光刻胶图形。
5.如权利要求4所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、酒精或者剥离液中的一种或多种组合。
6.如权利要求1～5中任一项所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述增透减反结构的纵截面为倒梯形。
7.如权利要求1～5中任一项所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
8.一种LED衬底结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成第一光刻胶；
对所述第一光刻胶执行光刻工艺，在所述衬底上形成呈周期性排布的多个光刻胶图形；
在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于下边长度；
去除所述多个光刻胶图形；
其中，在每相邻两个光刻胶图形之间形成由透射材料形成的增透减反结构包括：
形成由透射材料形成的透射材料层，所述透射材料层覆盖多个光刻胶图形及每相邻两个光刻胶图形之间的衬底；
对所述透射材料层采用抛光工艺，直至所述多个光刻胶图形的表面露出。
9.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述第一光刻胶为环氧基光刻胶或丙烯酸基光刻胶。
10.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述增透减反结构的材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。
11.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，采用有机溶剂腐蚀去除所述多个光刻胶图形。
12.如权利要求11所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、酒精或者剥离液中的一种或多种组合。
13.如权利要求8～12中任一项所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述增透减反结构的纵截面为倒梯形。
14.如权利要求8～12中任一项所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
15.一种如权利要求1所述的LED衬底结构的制作方法制作的LED衬底结构，其特征在于，包括：衬底，所述衬底上形成有由透射材料形成的增透减反结构，以增加光的透射减少光的反射，所述增透减反结构的纵截面的上边长度大于下边长度，且所述增透减反结构的纵截面的横向宽度至少包括两个不同的横向宽度值。
16.如权利要求15所述的LED衬底结构，其特征在于，所述增透减反结构的纵截面为倒梯形。
17.如权利要求15所述的LED衬底结构，其特征在于，所述增透减反结构的材料为氮化硅和氮氧化硅中的一种或多种。
18.如权利要求15所述的LED衬底结构，其特征在于，所述增透减反结构在所述衬底上呈周期性排布。
19.如权利要求15～18中任一项所述的LED衬底结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
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