專利名稱:Led襯底結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種LED襯底結構，通過增透減反結構增加光的透射，從而能夠增加LED的出光效率。進一步的，通過將增透減反結構形狀設計為縱截面為倒梯形，使得LED在提高發光亮度的同時，增加軸向發光亮度。此外，通過圖形互補原理，利用常規沉積、光刻、蝕刻設備將增透減反結構制作在平襯底上，工藝簡單、成本低廉、適于大規模商業化生產。
【專利說明】LED襯底結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體光電芯片制造【技術領域】，特別涉及一種LED襯底結構。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活水平的提高，環保意識的增強，對家居環境、休閑和舒適度追求的不斷提高。燈具燈飾也逐漸由單純的照明功能轉向裝飾和照明共存的局面，具有照明和裝飾雙重優勢的固態冷光源LED取代傳統光源進入人們的日常生活成為必然之勢。
[0003]GaN基LED自從20世紀90年代初商業化以來，經過二十幾年的發展，其結構已趨于成熟和完善，已能夠滿足人們現階段對燈具裝飾的需求；但要完全取代傳統光源進入照明領域，發光亮度的提高卻是LED行業科研工作者永無止境的追求。在內量子效率(已接近100% )可提高的空間有限的前提下，LED行業的科研工作者把目光轉向了外量子效率，提出了可提高光提取率的多種技術方案和方法，例如圖形化襯底技術、側壁粗化技術、DBR技術、優化電極結構、在襯底或透明導電膜上制作二維光子晶體等。其中圖形化襯底技術最具成效，尤其是2010年以來，在政府各種政策的激勵和推動下，無論是錐狀結構的干法圖形化襯底技術還是金字塔形狀的濕法圖形化襯底技術都得到了飛速的發展，其工藝已經非常成熟，并于2012年完全取代了平襯底，成為LED芯片的主流襯底，使LED的晶體結構和發光亮度都得到了革命性的提高。
[0004]圖形化襯底技術是利用PSS圖形將從發光區射向襯底的光通過不同面反射回去，提高光的逸出概率，提高芯片的出光效率。但是，對于倒裝芯片而言，就不需要將光反射回去，而是需要盡可能多的光透射穿過襯底。
[0005]相比正裝LED芯片，倒裝芯片可以解決散熱難的問題，商業化的LED芯片大多生長在藍寶石襯底上，然后將其固定在封裝支架上，這樣的LED芯片主要通過傳導散熱，而藍寶石襯底由于較厚，所以熱量難于導出，熱量聚集在芯片會影響芯片可靠性，增加光衰和減少芯片壽命；解決光效低的問題，電極擋光，會減少芯片的出光，電流擁擠會增加芯片的電壓，這些都會降低芯片的光效；解決封裝復雜的問題，單個LED芯片的電壓為3V左右，因此需要變壓或者將將其串聯，這些都增加了封裝和應用的難度，工藝難度加大，使整個芯片的可靠性變差。
[0006]有如此之多優勢的倒裝結構將成為未來能大幅提高LED發光亮度的最有前途的GaN基LED的結構，然而倒裝結構的LED芯片是在N面(也即反面)出光的，由于藍寶石的折射率低于氮化鎵的折射率，所以外延層射出來的光會在藍寶石和襯底界面上發生反射，導致較多的光不能出來，減少出光效率，為了解決這一問題，有必要設計一種圖形化襯底，減少從外延層射向襯底的光的反射，增加其透射，提高出光效率。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于提供一種LED襯底結構，以解決現有的LED出光效率較低的問題。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種LED襯底結構，所述LED襯底結構包括:襯底，所述襯底為藍寶石襯底；所述襯底上形成有由透射材料形成的增透減反結構，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0009]可選的，在所述的LED襯底結構中，所述增透減反結構的縱截面為倒梯形。
[0010]可選的，在所述的LED襯底結構中，所述增透減反結構的材料為氮化硅和氮氧化硅中的一種或多種。
[0011]可選的，在所述的LED襯底結構中，所述增透減反結構在所述襯底上呈周期性排布。
[0012]在本實用新型提供的LED襯底結構中，通過增透減反結構增加光的透射，從而能夠增加LED的出光效率。進一步的，通過將增透減反結構形狀設計為縱截面為倒梯形，使得LED在提高發光亮度的同時，增加軸向發光亮度。此外，通過圖形互補原理，利用常規沉積、光刻、蝕刻設備將增透減反結構制作在平襯底上，工藝簡單、成本低廉、適于大規模商業化生產。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型實施例的LED襯底結構的制作方法的流程示意圖；
[0014]圖2是本實用新型實施例一的LED的制作方法中襯底的剖面結構示意圖；
[0015]圖3是本實用新型實施例一的LED的制作方法中形成第一光刻膠后的剖面結構示意圖；
[0016]圖4是本實用新型實施例一的LED的制作方法中形成光刻膠圖形后的剖面結構示意圖；
[0017]圖5是本實用新型實施例一的LED的制作方法中形成透射材料層后的剖面結構示意圖；
[0018]圖6是本實用新型實施例一的LED的制作方法中形成第二光刻膠后的剖面結構示意圖；
[0019]圖7是本實用新型實施例一的LED的制作方法中部分透射材料層露出后的剖面結構示意圖；
[0020]圖8是本實用新型實施例一的LED的制作方法中第二光刻膠完全消除后的剖面結構示意圖；
[0021]圖9是本實用新型實施例一的LED的制作方法中光刻膠圖形的表面露出后的剖面結構示意圖；
[0022]圖10是本實用新型實施例一的LED的制作方法中去除光刻膠圖形后的剖面結構示意圖；
[0023]圖11是本實用新型實施例二的LED的制作方法中襯底的剖面結構示意圖；
[0024]圖12是本實用新型實施例二的LED的制作方法中形成第一光刻膠后的剖面結構示意圖；
[0025]圖13是本實用新型實施例二的LED的制作方法中形成光刻膠圖形后的剖面結構示意圖；
[0026]圖14是本實用新型實施例二的LED的制作方法中形成透射材料層后的剖面結構示意圖；
[0027]圖15是本實用新型實施例二的LED的制作方法中對透射材料層采用拋光工藝后的剖面結構示意圖；
[0028]圖16是本實用新型實施例二的LED的制作方法中繼續對透射材料層采用拋光工藝后的剖面結構示意圖；
[0029]圖17是本實用新型實施例二的LED的制作方法中形成增透減反結構后的剖面結構示意圖；
[0030]圖18是本實用新型實施例二的LED的制作方法中去除光刻膠圖形后的剖面結構示意圖；
[0031]圖19a是本實用新型實施例的第一種LED襯底結構的剖面結構示意圖；
[0032]圖19b是本實用新型實施例的第二種LED襯底結構的剖面結構示意圖；
[0033]圖19c是本實用新型實施例的第三種LED襯底結構的剖面結構示意圖；
[0034]圖19d是本實用新型實施例的第四種LED襯底結構的剖面結構示意圖；
[0035]圖19e是本實用新型實施例的第五種LED襯底結構的剖面結構示意圖；
[0036]圖19f是本實用新型實施例的第六種LED襯底結構的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提出的LED襯底結構及其制作方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0038]請參考圖1，其為本實用新型實施例的LED襯底結構的制作方法的流程示意圖。如圖1所示，所述LED襯底結構的制作方法包括:
[0039]步驟SlO:提供襯底；
[0040]步驟Sll:在所述襯底上形成第一光刻膠；
[0041]步驟S12:對所述第一光刻膠執行光刻工藝，在所述襯底上形成呈周期性排布的多個光刻膠圖形；
[0042]步驟S13:在每相鄰兩個光刻膠圖形之間形成由透射材料形成的增透減反結構，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度；
[0043]步驟S14:去除所述多個光刻膠圖形。
[0044]【實施例一】
[0045]具體的，請參考圖2?圖10，其為本實用新型實施例一的LED襯底結構的制作方法中所形成的器件結構的示意圖。
[0046]如圖2所示，提供襯底20，優選的，所述襯底20為藍寶石襯底。
[0047]接著，如圖3所示，在所述襯底20上形成第一光刻膠21。優選的，所述第一光刻膠21為環氧基光刻膠或丙烯酸基光刻膠。
[0048]如圖4所示，對所述第一光刻膠21執行光刻工藝，在所述襯底20上形成呈周期性排布的多個光刻膠圖形22 (在此，所述光刻膠圖形22為至少具有一個縱截面為正梯形的結構)。具體的，可通過控制光刻工藝中的曝光焦點和曝光量來控制所形成的光刻膠圖形的形狀。
[0049]接著，如圖5?圖9所示，在每相鄰兩個光刻膠圖形22之間形成由透射材料形成的增透減反結構25，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構25的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0050]首先，如圖5所示，形成由透射材料形成的透射材料層23，所述透射材料層23覆蓋多個光刻膠圖形22及每相鄰兩個光刻膠圖形22間的襯底20。優選的，形成所述透射材料層23的透射材料為氮化硅和氮氧化硅中的一種或多種。具體的，可采用PECVD工藝或者LPCVD工藝形成所述透射材料層23。
[0051]接著，如圖6所示，在所述透射材料層23表面形成一層第二光刻膠24。
[0052]如圖7所示，刻蝕所述第二光刻膠24，直至部分透射材料層23露出。
[0053]接著，如圖8所示，同比刻蝕所述第二光刻膠24及透射材料層23，直至第二光刻膠24完全消除。
[0054]最后，如圖9所示，刻蝕部分透射材料層23，直至所述多個光刻膠圖形22的表面露出。即在每相鄰兩個光刻膠圖形22間形成增透減反結構25。其中，所述增透減反結構25呈周期性排布。在此，所述增透減反結構25為倒梯形體結構，即所述增透減反結構26的縱截面為倒梯形。
[0055]其中，刻蝕所述第二光刻膠24，同比刻蝕所述第二光刻膠24及透射材料層23，以及刻蝕部分透射材料層23可選用如下工藝氣體實現:四氟化碳和氧氣、三氟氫碳和氧氣、或者四氟化碳和三氟氫碳和氧氣的混合氣體等，通過控制氧氣的比例來調節刻蝕選擇比。
[0056]接著，如圖10所示，去除所述多個光刻膠圖形22。具體的，可采用有機溶劑腐蝕去除所述多個光刻膠圖形22。優選的，所述有機溶劑為丙酮、酒精或者剝離液中的一種或多種組合。請繼續參考圖10，由此，將形成LED襯底結構2，所述LED襯底結構2包括:襯底20，所述襯底20為藍寶石襯底；所述襯底20上形成有由透射材料形成的增透減反結構25，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構25的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0057]綜上可見，在本實用新型實施例提供的LED襯底結構及其制作方法中，通過增透減反結構增加光的透射，從而能夠增加LED的出光效率。進一步的，通過將增透減反結構形狀設計為縱截面為倒梯形，使得LED在提高發光亮度的同時，增加軸向發光亮度。此外，通過圖形互補原理，利用常規沉積、光刻、蝕刻設備將增透減反結構制作在平襯底上，工藝簡單、成本低廉、適于大規模商業化生產。
[0058]【實施例二】
[0059]具體的，請參考圖11?圖18，其為本實用新型實施例二的LED襯底結構的制作方法中所形成的器件結構的示意圖。
[0060]如圖11所示，提供襯底30，優選的，所述襯底30為藍寶石襯底。
[0061]接著，如圖12所示，在所述襯底30上形成第一光刻膠31。優選的，所述第一光刻膠31為環氧基光刻膠或丙烯酸基光刻膠。
[0062]如圖13所示，對所述第一光刻膠31執行光刻工藝，在所述襯底30上形成呈周期性排布的多個光刻膠圖形32 (在此，所述光刻膠圖形32為至少具有一個縱截面為正梯形的結構)。具體的，可通過控制光刻工藝中的曝光焦點和曝光量來控制所形成的光刻膠圖形的形狀。
[0063]接著，如圖14?圖17所示，在每相鄰兩個光刻膠圖形32之間形成由透射材料形成的增透減反結構34，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構34的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0064]首先，如圖14所示，形成由透射材料形成的透射材料層33，所述透射材料層33覆蓋多個光刻膠圖形32及每相鄰兩個光刻膠圖形32間的襯底30。優選的，形成所述透射材料層33的透射材料為氮化硅和氮氧化硅中的一種或多種。具體的，可采用PECVD工藝或者LPCVD工藝形成所述透射材料層33。
[0065]接著，如圖15?圖17所示，對所述透射材料層33采用拋光工藝，直至所述多個光刻膠圖形32的表面露出，從而形成增透減反結構34。在對所述透射材料層33采用拋光工藝的過程中，所述透射材料層33的厚度慢慢減薄，最終，多個光刻膠圖形32表面的透射材料層33均被去除，僅在每相鄰兩個光刻膠圖形32間留有透射材料層33，從而形成增透減反結構34。其中，所述增透減反結構34呈周期性排布。在此，所述增透減反結構34為倒梯形體結構，即所述增透減反結構34的縱截面為倒梯形。
[0066]接著，如圖18所示，去除所述多個光刻膠圖形32。具體的，可采用有機溶劑腐蝕去除所述多個光刻膠圖形32。優選的，所述有機溶劑為丙酮、酒精或者剝離液中的一種或多種組合。請繼續參考圖18，由此，將形成LED襯底結構3，所述LED襯底結構3包括:襯底30，所述襯底30為藍寶石襯底；所述襯底30上形成有由透射材料形成的增透減反結構34，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構34的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0067]進一步的，通過調節光刻工藝中的曝光焦點、曝光量和/或曝光時間可形成如圖19a?圖19f所示的增透減反結構40a?40f，其中，增透減反結構40a?40f縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。
[0068]綜上可見，在本實用新型實施例提供的LED襯底結構及其制作方法中，通過增透減反結構增加光的透射，從而能夠增加LED的出光效率。進一步的，通過將增透減反結構形狀設計為縱截面為倒梯形，使得LED在提高發光亮度的同時，增加軸向發光亮度。此外，通過圖形互補原理，利用常規沉積、光刻、蝕刻設備將增透減反結構制作在平襯底上，工藝簡單、成本低廉、適于大規模商業化生產。
[0069]上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，并非對本實用新型范圍的任何限定，本實用新型領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。
【權利要求】
1.一種LED襯底結構，其特征在于，包括:襯底，所述襯底為藍寶石襯底；所述襯底上形成有由透射材料形成的增透減反結構，以增加光的透射減少光的反射，所述增透減反結構的縱截面的上邊長度大于等于下邊長度。2.如權利要求1所述的LED襯底結構，其特征在于，所述增透減反結構的縱截面為倒梯形。3.如權利要求1所述的LED襯底結構，其特征在于，所述增透減反結構的材料為氮化娃和氮氧化硅中的一種或多種。4.如權利要求1所述的LED襯底結構，其特征在于，所述增透減反結構在所述襯底上呈周期性排布。
【文檔編號】H01L33-44GK204271123SQ201420553316
【發明者】丁海生, 馬新剛, 李東昇, 李芳芳, 江忠永 [申請人]杭州士蘭明芯科技有限公司