CN104241478A - 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，将图形化衬底技术和DBR技术有机地结合在一起，能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度；凸形结构或者凹形结构和DBR膜系位于衬底的同一表面上，且都是在衬底减薄前完成，非常便于加工和后续清洗处理，这无疑降低了LED加工过程中的隐形成本；在做DBR膜系的纳米窗口阵列时，无需对位，直接曝光、显影，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，LED衬底结构的制作方法工艺简单、成本低廉，适于大规模商业化生产，LED衬底结构能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度，能够加快LED进入高端照明领域和寻常百姓家的产业化进程，符合LED的可持续发展战略。
Description
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照明和装饰共存的局面，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。
当然，减薄后，在LED衬底的背面蒸镀DBR的技术也能在一定程度上提高LED的发光亮度。然而，减薄后，LED晶片已经很薄(只有80um左右)，非常容易裂片，且一旦出现异常都不易于做返工处理，只能报废，所以DBR工艺的成本远不止材料和加工成本，更多的则是隐形成本。所以现阶段LED代替传统照明光源，进入照明领域，进入寻常百姓家，所遇到的问题不是亮度达不到的问题，而是物美价不廉的问题，而这种问题一般都是结构不够合理、工艺技术不够优化，造成制造成本不够科学所导致的。
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或者发光亮度不够，或者制作过程中容易裂片，成本较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LED衬底结构，所述LED衬底结构包括：衬底，所述衬底第一表面上形成有周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构，所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述纳米窗口阵列露出的部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层；或者所述纳米窗口阵列露出的部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构的剖面形状为梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构的俯视形状为圆形、椭圆形或者多边形；所述凹形结构的俯视形状为圆形、椭圆形或者多边形。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述DBR膜系由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成。
可选的，在所述的LED衬底结构中，每种材料按照λ/4n厚度交替生长，所述DBR膜系的生长周期为3个-20个。
可选的，在所述的LED衬底结构中，所述衬底为蓝宝石衬底。
本发明还提供一种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；
刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构；
在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构包括：
在所述衬底上形成掩膜层；
利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层，暴露出部分衬底；
刻蚀暴露出的部分衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构；
去除剩余的掩膜层。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述衬底第一表面上形成掩膜层中，所述掩膜层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的至少一种，所述掩膜层的厚度为0.1μm～1μm。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，利用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，选用的刻蚀液为硫酸和磷酸的混合液，所述混合液中硫酸和磷酸的体积比为3:1～10:1，工艺温度为200℃～300℃，工艺时间为1分钟～60分钟。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，当利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，选用的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子体干法刻蚀工艺。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面包括：
在所述凸形结构的外壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；
形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凸形结构的侧壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光；
去除覆盖所述凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系的光敏材料层；
形成光刻胶，所述光刻胶覆盖光敏材料层以及露出的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底第一表面，对所述光刻胶显影后，在所述光刻胶中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系；
刻蚀露出的部分DBR膜系，以在凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；
去除光刻胶和剩余的光敏材料层。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面包括：
在所述凹形结构的内壁以及凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；
形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凹形结构的内壁上的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光；
去除覆盖所述凹形结构底壁上的DBR膜系的光敏材料层；
形成光刻胶，所述光刻胶覆盖光敏材料层以及露出的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底第一表面，对所述光刻胶显影后，在所述光刻胶中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系；
刻蚀露出的部分DBR膜系，以在凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面；
去除光刻胶和剩余的光敏材料层。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述光敏材料层的厚度为2μm～4μm。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光中，所述照明光束经过最薄处的衬底后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底上的光敏材料层发生完全反应。
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。
可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述DBR膜系由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成，每种材料按照λ/4n厚度交替生长形成，所述DBR膜系的生长周期为3个-20个。
在本发明提供的LED衬底结构及其制作方法中，首先，将图形化衬底技术和DBR技术有机地结合在一起，能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度；其次，凸形结构或者凹形结构和DBR膜系位于衬底的同一表面上，且都是在衬底减薄前完成，非常便于加工和后续清洗处理，这无疑降低了LED加工过程中的隐形成本；再次，在做DBR膜系的纳米窗口阵列时，无需对位，直接曝光、显影，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本发明所提供的LED衬底结构的制作方法工艺简单、成本低廉，适于大规模商业化生产，本发明所提供的LED衬底结构能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度，能够加快LED进入高端照明领域和寻常百姓家的产业化进程，符合LED的可持续发展战略。
附图说明
图1是本发明实施例一的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
图2～图12是本发明实施例一的LED衬底结构的制作方法中所形成的器件结构的剖面示意图；
图13是本发明实施例二的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
图14～图24是本发明实施例二的LED衬底结构的制作方法中所形成的器件结构的剖面示意图。
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。
【实施例一】
请参考图1，其为本发明实施例一的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：刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构；
步骤S12：在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面。
具体的，请参考图2～图12，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剖面示意图。
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～图5所示，刻蚀所述衬底20，以在所述衬底20第一表面(也即正面)上形成周期性阵列排布的凸形结构22。
首先，如图3所示，在所述衬底20上形成掩膜层21。优选的，所述掩膜层21的厚度为0.1μm～1μm。进一步的，所述掩膜层21的材料可以为二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等中的至少一种。
接着，如图4a所示，利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层21，暴露出部分衬底20。在此，可相应参考图4b，图4b为图4a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图4b中，掩膜层21由带线条的图案加以标示。如图4b所示，在此，衬底20的形状为圆形，剩余的掩膜层21为多个分立的圆形结构，其呈周期性阵列排布，其中，在衬底20的边缘位置，剩余的掩膜层21受限于衬底20的大小和形状，不是完整的圆形结构。在本申请的其他实施例中，剩余的掩膜层21也可以是多个分立的椭圆形结构或者多边形结构等，本申请对此不作限定。
接着，如图5所示，刻蚀暴露出的部分衬底20，以在所述衬底20第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构22。在此，所述凸形结构22的剖面形状为梯形。
在本申请实施例中，可以利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底20，也可以利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底20。具体的，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底20时，选用的刻蚀液为硫酸和磷酸的混合液，所述混合液中硫酸和磷酸的体积比为3:1～10:1，工艺温度为200℃～300℃，工艺时间为1分钟～60分钟。具体的，可根据所要形成的凸形结构22的高度做适应性选择，本申请实施例对此不再赘述。当利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，选用的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子体干法刻蚀工艺。具体刻蚀气体可选用本领域常规的刻蚀气体，例如氯气、三氯化硼或者氩气等。
请继续参考图5，同时，去除剩余的掩膜层21，即将凸形结构22顶壁的掩膜层21予以去除。
在形成了凸形结构22之后，接着将在所述凸形结构22的外壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面，具体的，请参考图6～图12。
首先，如图6所示，在所述凸形结构22的外壁(包括侧壁及顶壁)以及凸形结构22之间的衬底20第一表面上形成DBR膜系23；即形成一DBR膜系23，所述DBR膜系23覆盖所述凸形结构22的外壁以及凸形结构22之间的衬底20第一表面。优选的，所述DBR膜系23由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成，每种材料按照λ/4n厚度交替生长，其生长周期为3个-20个。例如，当所述DBR膜系23由TiO2和SiO2层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第一个周期；接着再生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第二个周期；最后再生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4n厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
接着，如图7所示，形成光敏材料层24，所述光敏材料层24覆盖所述凸形结构22的侧壁以及凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系23，即在所述凸形结构22之间的衬底20上形成光敏材料层24，所述光敏材料层24与所述凸形结构22上的DBR膜系23齐平。优选的，所述光敏材料层24的厚度为2μm～4μm，具体的，可根据所述凸形结构22的高度以及所述DBR膜系23的厚度加以调整。
接着，如图8所示，使用均匀平行照明光束2L垂直照射所述衬底20第二表面(也即反面/背面，与所述凸形结构22所在的表面相对的另一表面)，以对所述光敏材料层24进行选择性曝光。优选的，所述照明光束经过最薄处的衬底20(即凸形结构22之间的衬底20)后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底20上的光敏材料层24发生完全反应。
如图9所示，去除覆盖所述凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系23的光敏材料层24(即被曝光的部分光敏材料层24)，露出部分DBR膜系23，即露出所述凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系23。
接着，如图10所示，形成光刻胶25，所述光刻胶25覆盖光敏材料层24以及露出的DBR膜系23。优选的，所述光刻胶25为一薄层结构，例如为几个纳米。
接着，如图11所示，使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底20第一表面，对所述光刻胶25显影后，在所述光刻胶25中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系23，即所述纳米窗口阵列露出所述凸形结构22顶壁的部分DBR膜系23以及所述凸形结构22之间的衬底20第一表面上的部分DBR膜系23。此外，在本申请实施例中，所述纳米窗口阵列还露出部分光敏材料层24。在此，由于所述均匀平行照明光束是透过纳米窗口阵列光刻板后照射到所述光刻胶25上的，因此，在显影后，所述光刻胶25中将形成纳米窗口阵列。此外，在曝光过程中，所述纳米窗口阵列光刻板可以不受对准要求的限制。
接着，如图12a所示，刻蚀露出的部分DBR膜系23，以在凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系23中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底第一表面20。
相应的，可参考图12b，图12b为图12a中结构A的俯视放大图，同时，为了便于结构的区分，图12b中，DBR膜系23由带线条的图案加以标示。如图12b所示，(凸形结构22顶壁的)DBR膜系23中形成有纳米窗口阵列，该纳米窗口阵列可以将其下的部分凸形结构22露出，由此，在后续的LED制作过程中，可利用该露出的部分凸形结构22连接GaN层，从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。此外，纳米窗口阵列露出的凸形结构22之间的衬底20第一表面同样可便于连接GaN层，即在后续的LED制作过程中，可利用该露出的凸形结构22之间的衬底20第一表面连接GaN层，从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。
接着，请继续参考图12a，去除光刻胶25和剩余的光敏材料层24。
请继续参考图12a，由此即形成了一种LED衬底结构2，所述LED衬底结构2包括：衬底20，所述衬底20第一表面上形成有周期性阵列排布的凸形结构22，所述凸形结构22的外壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面上形成有DBR膜系23，其中，所述凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面上的DBR膜系23设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面。在LED的后续制作过程中，可利用露出的部分凸形结构22的顶壁和凸形结构22之间的衬底20第一表面连接GaN层。从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。
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，首先，将图形化衬底技术和DBR技术有机地结合在一起，能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度；其次，凸形结构或者凹形结构和DBR膜系位于衬底的同一表面上，且都是在衬底减薄前完成，非常便于加工和后续清洗处理，这无疑降低了LED加工过程中的隐形成本；再次，在做DBR膜系的纳米窗口阵列时，无需对位，直接曝光、显影，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本发明所提供的LED衬底结构的制作方法工艺简单、成本低廉，适于大规模商业化生产，本发明所提供的LED衬底结构能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度，能够加快LED进入高端照明领域和寻常百姓家的产业化进程，符合LED的可持续发展战略。
【实施例二】
请参考图13，其为本发明实施例二的LED衬底结构的制作方法的流程示意图。如图13所示，所述LED衬底结构的制作方法包括：
步骤S30：提供衬底；
步骤S31：刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的的凹形结构；
步骤S32：在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。
具体的，请参考图14～图24，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剖面示意图。
如图14所示，提供衬底40，优选的，所述衬底40为蓝宝石衬底。
接着，如图15～图17所示，刻蚀所述衬底40，以在所述衬底40第一表面(也即正面)上形成周期性阵列排布的凹形结构42。
首先，如图15所示，在所述衬底40上形成掩膜层41。优选的，所述掩膜层41的厚度为0.1μm～1μm。进一步的，所述掩膜层41的材料可以为二氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等中的至少一种。
接着，如图16a所示，利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层41，暴露出部分衬底40。在此，可相应参考图16b，图16b为图16a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图16b中，掩膜层41由带线条的图案加以标示。如图16b所示，在此，衬底40的形状为圆形，去除的掩膜层41为多个分立的圆形结构，其呈周期性阵列排布，其中，在衬底40的边缘位置，去除的掩膜层41受限于衬底40的大小和形状，不是完整的圆形结构。在本申请的其他实施例中，去除的掩膜层41也可以是多个分立的椭圆形结构或者多边形结构等，本申请对此不作限定。
接着，如图17所示，刻蚀暴露出的部分衬底40，以在所述衬底40第一表面上形成周期性阵列排布的凹形结构42。在此，所述凹形结构42的剖面形状为梯形。
在本申请实施例中，可以利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底40，也可以利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底40。具体的，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底40时，选用的刻蚀液为硫酸和磷酸的混合液，所述混合液中硫酸和磷酸的体积比为3:1～10:1，工艺温度为200℃～300℃，工艺时间为1分钟～60分钟。具体的，可根据所要形成的凹形结构42的深度做适应性选择，本申请实施例对此不再赘述。当利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底40时，选用的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子体干法刻蚀工艺。具体刻蚀气体可选用本领域常规的刻蚀气体，例如氯气、三氯化硼或者氩气等。
请继续参考图17，同时，去除剩余的掩膜层41，即将凹形结构42之间的衬底40表面的掩膜层41予以去除。
在形成了凹形结构42之后，接着将在所述凹形结构42的内壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面上形成DBR膜系43，其中，所述凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面上的DBR膜系43设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面，具体的，请参考图18～图24。
首先，如图18所示，在所述凹形结构42的内壁(包括侧壁及底壁)以及凹形结构42之间的衬底40第一表面上形成DBR膜系43；即形成一DBR膜系43，所述DBR膜系43覆盖所述凹形结构42的内壁以及凹形结构42之间的衬底40第一表面。优选的，所述DBR膜系43由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成，每种材料按照λ/4n厚度交替生长，生长周期为3个-20个。例如，当所述DBR膜系43由TiO2和SiO2层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第一个周期；接着再生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第二个周期；最后再生长TiO2形成λ/4nTiO2厚度的TiO2膜，再生长SiO2形成λ/4nSiO2厚度的SiO2膜，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4n厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
接着，如图19所示，形成光敏材料层44，所述光敏材料层44覆盖所述凹型结构42内壁上的DBR膜系43，即在所述凹型结构42中形成光敏材料层44，所述光敏材料层44与所述凹型结构22之间的衬底40第一表面上的DBR膜系43齐平。优选的，所述光敏材料层44的厚度为2μm～4μm，具体的，可根据所述凹型结构42的深度以及所述DBR膜系43的厚度加以调整。
接着，如图20所示，使用均匀平行照明光束4L垂直照射所述衬底40第二表面(也即反面/背面，与所述凹型结构42所在的表面相对的另一表面)，以对所述光敏材料层44进行选择性曝光。优选的，所述照明光束经过最薄处的衬底40(即凹型结构42底壁竖直下方的衬底40)后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底40上的光敏材料层44发生完全反应。
如图21所示，去除覆盖所述凹型结构42底壁上的DBR膜系43的光敏材料层44(即被曝光的部分光敏材料层44)，露出部分DBR膜系43，即露出所述凹型结构42底壁上的DBR膜系43。
接着，如图22所示，形成光刻胶45，所述光刻胶45覆盖光敏材料层44以及露出的DBR膜系43。优选的，所述光刻胶45为一薄层结构，例如为几个纳米。
接着，如图23所示，使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底40第一表面，对所述光刻胶45显影后，在所述光刻胶45中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系43，即所述纳米窗口阵列露出所述凹型结构42底壁的部分DBR膜系43以及所述凹型结构42之间的衬底40第一表面上的部分DBR膜系43。此外，在本申请实施例中，所述纳米窗口阵列还露出部分光敏材料层44。在此，由于所述均匀平行照明光束是透过纳米窗口阵列光刻板后照射到所述光刻胶45上的，因此，在显影后，所述光刻胶45中将形成纳米窗口阵列。此外，在曝光过程中，所述纳米窗口阵列光刻板可以不受对准要求的限制。
接着，如图24a所示，刻蚀露出的部分DBR膜系43，以在凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面上的DBR膜系43中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面。
相应的，可参考图24b，图24b为图24a中结构B的俯视放大图，同时，为了便于结构的区分，图24b中，DBR膜系43由带线条的图案加以标示。如图24b所示，(凹型结构底壁42的)DBR膜系43中形成有纳米窗口阵列，该纳米窗口阵列可以将其下的部分凹型结构的底壁42露出，由此，在后续的LED制作过程中，可利用该露出的部分凹型结构底壁42连接GaN层，从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。此外，纳米窗口阵列露出的凹型结构42之间的衬底40第一表面同样可便于连接GaN层，即在后续的LED制作过程中，可利用该露出的凹型结构42之间的衬底40第一表面连接GaN层，从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。
接着，请继续参考图24a，去除光刻胶45和剩余的光敏材料层44。
请继续参考图24a，由此即形成了一种LED衬底结构4，所述LED衬底结构4包括：衬底40，所述衬底40第一表面上形成有周期性阵列排布的凹形结构42，所述凹形结构42的内壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面上形成有DBR膜系43，其中，所述凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面上的DBR膜系43设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构42的底壁和凹形结构42之间的衬底40第一表面。在LED的后续制作过程中，可利用露出的部分凹型结构42的底壁和凹型结构42之间的衬底40第一表面连接GaN层。从而实现LED衬底结构与GaN层之间更好地连接，进而提高GaN基LED的质量。
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，首先，将图形化衬底技术和DBR技术有机地结合在一起，能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度；其次，凸形结构或者凹形结构和DBR膜系位于衬底的同一表面上，且都是在衬底减薄前完成，非常便于加工和后续清洗处理，这无疑降低了LED加工过程中的隐形成本；再次，在做DBR膜系的纳米窗口阵列时，无需对位，直接曝光、显影，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本发明所提供的LED衬底结构的制作方法工艺简单、成本低廉，适于大规模商业化生产，本发明所提供的LED衬底结构能够更有效地提高LED的发光效率和发光亮度，能够加快LED进入高端照明领域和寻常百姓家的产业化进程，符合LED的可持续发展战略。
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，其特征在于，包括：衬底，所述衬底第一表面上形成有周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构，所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。
2.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述纳米窗口阵列露出的部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层；或者所述纳米窗口阵列露出的部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层。
3.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构的剖面形状为梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。
4.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构的俯视形状为圆形、椭圆形或者多边形；所述凹形结构的俯视形状为圆形、椭圆形或者多边形。
5.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述DBR膜系由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成。
6.如权利要求5所述的LED衬底结构，其特征在于，每种材料按照λ/4n厚度交替生长，所述DBR膜系的生长周期为3个-20个。
7.如权利要求1～6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。
8.一种LED衬底结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构；
在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。
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，刻蚀所述衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构包括：
在所述衬底上形成掩膜层；
利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层，暴露出部分衬底；
刻蚀暴露出的部分衬底，以在所述衬底第一表面上形成周期性阵列排布的凸形结构或者周期性阵列排布的凹形结构；
去除剩余的掩膜层。
10.如权利要求9所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述衬底第一表面上形成掩膜层中，所述掩膜层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的至少一种，所述掩膜层的厚度为0.1μm～1μm。
11.如权利要求9所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，利用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底。
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，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，选用的刻蚀液为硫酸和磷酸的混合液，所述混合液中硫酸和磷酸的体积比为3:1～10:1，工艺温度为200℃～300℃，工艺时间为1分钟～60分钟。
13.如权利要求11所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，当利用干法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，选用的干法刻蚀工艺为感应耦合等离子体干法刻蚀工艺。
14.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面包括：
在所述凸形结构的外壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；
形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凸形结构的侧壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光；
去除覆盖所述凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系的光敏材料层；
形成光刻胶，所述光刻胶覆盖光敏材料层以及露出的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底第一表面，对所述光刻胶显影后，在所述光刻胶中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系；
刻蚀露出的部分DBR膜系，以在凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；
去除光刻胶和剩余的光敏材料层。
15.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面包括：
在所述凹形结构的内壁以及凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；
形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凹形结构的内壁上的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光；
去除覆盖所述凹形结构底壁上的DBR膜系的光敏材料层；
形成光刻胶，所述光刻胶覆盖光敏材料层以及露出的DBR膜系；
使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底第一表面，对所述光刻胶显影后，在所述光刻胶中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系；
刻蚀露出的部分DBR膜系，以在凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面；
去除光刻胶和剩余的光敏材料层。
16.如权利要求14或15所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述光敏材料层的厚度为2μm～4μm。
17.如权利要求14或15所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，在使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光中，所述照明光束经过最薄处的衬底后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底上的光敏材料层发生完全反应。
18.如权利要求8～15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。
19.如权利要求8～15中任一项所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，所述DBR膜系由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成，每种材料按照λ/4n厚度交替生长形成，所述DBR膜系的生长周期为3个-20个。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |