Led衬底结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种LED衬底结构，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；总之，本实用新型所提供的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。
【专利说明】LED衬底结构
【技术领域】
[0001]本实用新型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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种LED衬底结构，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。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种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，所述凸形结构的侧壁上形成有DBR膜系；或者所述衬底第一表面上形成有周期性阵列排布的凹形结构，所述凹形结构的侧壁上形成有DBR膜系。
[0008]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构的顶壁上形成有DBR膜系或者所述凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系。
[0009]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系；或者所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系。
[0010]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系或者所述凹形结构的底壁上无DBR膜系。
[0011]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述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。
[0012]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述凸形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层；或者所述凹形结构的底壁便于连接GaN层。
[0013]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三角形或者梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。
[0014]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。
[0015]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述DBR膜系由S1、Si02、Ti02或者Ti 305中的至少两种材料层叠形成。
[0016]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。
[0017]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述衬底为蓝宝石衬底。
[0018]在本实用新型提供的LED衬底结构中，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；总之，本实用新型所提供的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。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型实施例一的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
[0020]图2?图11是本实用新型实施例一的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；
[0021]图12是本实用新型实施例二的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
[0022]图13?图24是本实用新型实施例二的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；
[0023]图25是本实用新型实施例三的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
[0024]图26?图35是本实用新型实施例三的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；
[0025]图36是本实用新型实施例四的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
[0026]图37?图48是本实用新型实施例四的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；
[0027]图49是本实用新型实施例五的LED衬底结构的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的LED衬底结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0029]【实施例一】
[0030]请参考图1，其为本实用新型实施例一的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:
[0031]步骤S10:提供衬底；
[0032]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；
[0033]步骤S12:在所述凸形结构的外壁上形成DBR膜系，即在所述凸形结构的侧壁上形成DBR膜系的同时，在所述凸形结构的顶壁上形成DBR膜系。
[0034]具体的，请参考图2?图11，图2?图11是本实用新型实施例一的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。
[0035]如图2所示，提供衬底20，优选的，所述衬底20为蓝宝石衬底。
[0036]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。
[0037]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0.1 μπι?1 μπι。进一步的，所述掩膜层21的材料可以为二氧化硅、氮化硅或者氮氧化娃等中的至少一种。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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°C?300°C，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。
[0041]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。
[0042]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(包括顶壁及侧壁)上形成DBR膜系，具体的，请参考图6?图11。
[0043]首先，如图6所示，在所述凸形结构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S1、Si02、Ti02或者Ti 305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1102和S1 2层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长Ti02形成λ/4ητω2厚度的1102膜，再生长Si02形成A/4nSiQ2厚度的S1j莫，此为第一个周期；接着再生长Ti02形成人/411^)2厚度的1102膜，再生长3102形成X/4nSiQ2厚度的5丨02膜，此为第二个周期；最后再生长1102形成λ/4η.厚度的Ti02膜，再生长3叫形成λ/4η.厚度的S1|，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4η厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
[0044]接着，如图7所示，在所述DBR膜系23上形成光敏材料层24，优选的，所述光敏材料层24的厚度为3 μ m?5 μ m。
[0045]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。
[0046]如图9所示，去除所述凸形结构22之间的光敏材料层24 (即被曝光的部分光敏材料层24)，露出部分DBR膜系23，即露出凸形结构22之间的DBR膜系23。
[0047]接着，如图10所示，去除露出的部分DBR膜系23，即去除凸形结构22之间的DBR膜系23。即所述凸形结构22之间的衬底20第一表面上无DBR膜系23。在此，可利用常规的刻蚀、清洗工艺去除露出的部分DBR膜系23。
[0048]最后，如图11所示，去除剩余的光敏材料层24。由此，在所述凸形结构22外壁上形成了 DBR膜系23。
[0049]请继续参考图11，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的外壁上形成有DBR膜系23，便于更好地提高LED的发光亮度。在LED的后续制作过程中，可利用所述凸形结构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。
[0050]综上可见，在本实用新型实施例提供的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膜系的窗口时，无需光刻，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本实用新型所提供的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，本实用新型所提供的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。
[0051]【实施例二】
[0052]请参考图12，其为本实用新型实施例二的LED衬底结构的制作方法的流程示意图。如图12所示，所述LED衬底结构的制作方法包括:
[0053]步骤S30:提供衬底；
[0054]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凸形结构；
[0055]步骤S32:在所述凸形结构的侧壁上形成DBR膜系。
[0056]具体的，请参考图13?图24，图13?图24是本实用新型实施例二的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。
[0057]如图13所示，提供衬底40，优选的，所述衬底40为蓝宝石衬底。
[0058]接着，如图14?图16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凸形结构42。
[0059]首先，如图14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0.1 μπι?1 μπι。进一步的，所述掩膜层41的材料可以为二氧化娃、氮化娃或者氮氧化娃等中的至少一种。
[0060]接着，如图15a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15b，图15b为图15a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图15b中，掩膜层41由带线条的图案加以标示。如图15b所示，在此，衬底40的形状为圆形，剩余的掩膜层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，剩余的掩膜层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，剩余的掩膜层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。
[0061]接着，如图16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凸形结构42。在此，所述凸形结构42的剖面形状为梯形。
[0062]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°C?300°C，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42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。
[0063]请继续参考图16，同时，去除剩余的掩膜层41，即将凸形结构42顶壁的掩膜层41予以去除。
[0064]在形成了凸形结构42之后，接着将在所述凸形结构42的侧壁上形成DBR膜系，具体的，请参考图17?图24。
[0065]首先，如图17所示，在所述凸形结构42的外壁以及凸形结构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覆盖所述凸形结构42的外壁以及凸形结构42之间的衬底40第一表面。优选的，所述DBR膜系43由S1、Si02、Ti02或者Ti 305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43由1102和S1 2层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长Ti02形成λ/4ητω2厚度的1102膜，再生长Si02形成A/4nSiQ2厚度的S1J莫，此为第一个周期；接着再生长T12形成λ/4η τω2厚度的T1 2膜，再生长S12形成X/4nSiQ2厚度的5丨02膜，此为第二个周期；最后再生长1102形成λ/4η.厚度的T12膜，再生长3叫形成λ/4n SiQ2厚度的S1^，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4η厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
[0066]接着，如图18所示，在所述DBR膜系43上形成光敏材料层44，优选的，所述光敏材料层44的厚度为3 μ m?5 μ m。
[0067]接着，如图19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，与所述凸形结构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(即凸形结构42之间的衬底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。
[0068]如图20所示，去除所述凸形结构42之间的光敏材料层44(即被曝光的部分光敏材料层44)，露出部分DBR膜系43，即露出凸形结构42之间的DBR膜系43。
[0069]接着，如图21所示，去除露出的部分DBR膜系43，即去除凸形结构42之间的DBR膜系43。即所述凸形结构42之间的衬底40第一表面上无DBR膜系43。在此，可利用常规的刻蚀、清洗工艺去除露出的部分DBR膜系43。
[0070]接着，如图22和图23所示，刻蚀所述光敏材料层44及最先露出的DBR膜系43，去除部分光敏材料层44以及凸形结构42的顶壁上的DBR膜系43。即所述凸形结构42的顶壁上无DBR膜系43。在此，通过同比刻蚀所述光敏材料层44以及DBR膜系43，当凸形结构42的顶壁上的DBR膜系43去除后，刻蚀结束。
[0071]最后，如图24所示，去除剩余的光敏材料层44。由此，在所述凸形结构42侧壁上形成了 DBR膜系43。
[0072]请继续参考图24，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凸形结构42，所述凸形结构42的侧壁上形成有DBR膜系43，便于更好地提高LED的发光亮度。在LED的后续制作过程中，可利用所述凸形结构42的顶壁以及所述凸形结构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。
[0073]综上可见，在本实用新型实施例提供的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膜系的窗口时，无需光刻，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本实用新型所提供的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，本实用新型所提供的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。
[0074]【实施例三】
[0075]请参考图25，其为本实用新型实施例三的LED衬底结构的制作方法的流程示意图。如图25所示，所述LED衬底结构的制作方法包括:
[0076]步骤S50:提供衬底；
[0077]步骤S51: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凹形结构；
[0078]步骤S52:在所述凹形结构的侧壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，即在所述凹形结构的侧壁上形成DBR膜系的同时，在所述凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系。
[0079]具体的，请参考图26?图35，图26?图35是本实用新型实施例三的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。
[0080]如图26所示，提供衬底60，优选的，所述衬底60为蓝宝石衬底。
[0081]接着，如图27?图29所示，刻蚀所述衬底60，以在所述衬底60第一表面(也即正面)上形成周期性阵列排布的凹形结构62。
[0082]首先，如图27所示，在所述衬底60上形成掩膜层61。优选的，所述掩膜层61的厚度为0.1 μ--?I μπι。进一步的，所述掩膜层61的材料可以为二氧化娃、氮化娃或者氮氧化娃等中的至少一种。
[0083]接着，如图28a所示，利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层61，暴露出部分衬底60。在此，可相应参考图28b，图28b为图28a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图28b中，掩膜层61由带线条的图案加以标示。如图28b所示，在此，衬底60的形状为圆形，去除的掩膜层61为多个分立的圆形结构，其呈周期性阵列排布，其中，在衬底60的边缘位置，去除的掩膜层61受限于衬底60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61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。
[0084]接着，如图29所示，刻蚀暴露出的部分衬底60，以在所述衬底60第一表面上形成周期性阵列排布的凹形结构62。在此，所述凹形结构62的剖面形状为梯形。
[0085]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60，也可以利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底60。具体的，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底60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°C?300°C，工艺时间为I分钟?60分钟。具体的，可根据所要形成的凹形结构62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60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。
[0086]请继续参考图29，同时，去除剩余的掩膜层61，即将凹形结构62之间的衬底60表面的掩膜层61予以去除。
[0087]在形成了凹形结构62之后，接着将在所述凹形结构62的侧壁和凹形结构62之间的衬底60第一表面上形成DBR膜系，具体的，请参考图30?图35。
[0088]首先，如图30所示，在所述凹形结构62的内壁(包括侧壁及底壁)上以及凹形结构62之间的衬底60第一表面形成DBR膜系63 ；即形成一 DBR膜系63，所述DBR膜系63覆盖所述凹形结构62的内壁上以及凹形结构62之间的衬底60第一表面。优选的，所述DBR膜系63由Si0、Si02、Ti02或者Ti 305中的至少两种材料层叠形成，每种材料按照λ/4η厚度交替生长，生长周期为3个-20个。例如，当所述DBR膜系63由1102和S12层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长T12形成λ /4nTiQ2厚度的T12膜，再生长S12形成λ/4η_2厚度的5丨02膜，此为第一个周期；接着再生长T12形成λ/4n TiQ2厚度的T12膜，再生长S12形成λ/4n Si()2厚度的S1 J莫，此为第二个周期；最后再生长T12形成λ/4ητω2厚度的打02膜，再生长S12形成A/4nSiQ2厚度的S1 2膜，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4η厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
[0089]接着，如图31所示，在所述DBR膜系63上形成光敏材料层64，优选的，所述光敏材料层64的厚度为3 μ m?5 μ m。
[0090]接着，如图32所示，使用均匀平行照明光束6L垂直照射所述衬底60第二表面(也即反面/背面，与所述凹形结构62所在的表面相对的另一表面)，以对所述光敏材料层64进行选择性曝光。优选的，所述照明光束经过最薄处的衬底60 (即凹形结构62底壁竖直下方的衬底60)后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底60上的光敏材料层64发生完全反应。
[0091]如图33所示，去除所述凹形结构62底壁上的光敏材料层64(即被曝光的部分光敏材料层64)，露出部分DBR膜系63，即露出凹形结构62底壁上的DBR膜系63。
[0092]接着，如图34所示，去除露出的部分DBR膜系63，即去除凹形结构62底壁上的DBR膜系63。即凹形结构62底壁上无DBR膜系63。在此，可利用常规的刻蚀、清洗工艺去除露出的部分DBR膜系63。
[0093]最后，如图35所示，去除剩余的光敏材料层64。由此，在所述凹形结构62的侧壁和凹形结构62之间的衬底60第一表面上形成了 DBR膜系63。
[0094]请继续参考图35，即形成了一种LED衬底结构6，所述LED衬底结构6包括:衬底60，所述衬底60上形成有周期性阵列排布的凹形结构62，所述凹形结构62的侧壁和凹形结构62之间的衬底60第一表面上形成有DBR膜系63，便于更好地提高LED的发光亮度。在LED的后续制作过程中，可利用所述凹形结构62的底壁连接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。
[0095]综上可见，在本实用新型实施例提供的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，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膜系的窗口时，无需光刻，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本实用新型所提供的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，本实用新型所提供的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。
[0096]【实施例四】
[0097]请参考图36，其为本实用新型实施例四的LED衬底结构的制作方法的流程示意图。如图36所示，所述LED衬底结构的制作方法包括:
[0098]步骤S70:提供衬底；
[0099]步骤S71: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凹形结构；
[0100]步骤S72:在所述凹形结构的侧壁上形成DBR膜系。
[0101]具体的，请参考图37?图48，图37?图48是本实用新型实施例四的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。
[0102]如图37所不，提供衬底80，优选的，所述衬底80为蓝宝石衬底。
[0103]接着，如图38?图40所示，刻蚀所述衬底80，以在所述衬底80第一表面(也即正面)上形成周期性阵列排布的凹形结构82。
[0104]首先，如图38所示，在所述衬底80上形成掩膜层81。优选的，所述掩膜层81的厚度为0.1 μ--?I μπι。进一步的，所述掩膜层81的材料可以为二氧化娃、氮化娃或者氮氧化娃等中的至少一种。
[0105]接着，如图39a所示，利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层81，暴露出部分衬底80。在此，可相应参考图39b，图39b为图39a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图39b中，掩膜层81由带线条的图案加以标示。如图39b所示，在此，衬底80的形状为圆形，去除的掩膜层81为多个分立的圆形结构，其呈周期性阵列排布，其中，在衬底80的边缘位置，去除的掩膜层81受限于衬底80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81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。
[0106]接着，如图40所示，刻蚀暴露出的部分衬底80，以在所述衬底80第一表面上形成周期性阵列排布的凹形结构82。在此，所述凹形结构82的剖面形状为梯形。
[0107]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80，也可以利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底80。具体的，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底80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°C?300°C，工艺时间为I分钟?60分钟。具体的，可根据所要形成的凹形结构82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80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。
[0108]请继续参考图40，同时，去除剩余的掩膜层81，即将凹形结构82之间的衬底80表面的掩膜层81予以去除。
[0109]在形成了凹形结构82之后，接着将在所述凹形结构82的侧壁上形成DBR膜系，具体的，请参考图41?图48。
[0110]首先，如图41所示，在所述凹形结构82的内壁(包括侧壁及底壁)上以及凹形结构82之间的衬底80第一表面形成DBR膜系83 ；即形成一 DBR膜系83，所述DBR膜系83覆盖所述凹形结构82的内壁上以及凹形结构82之间的衬底80第一表面。优选的，所述DBR膜系83由Si0、Si02、Ti02或者Ti 305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83由T1jP S1 2层叠交替生长形成，生长周期为3个时，即可以先生长T12形成λ /4n TiQ2厚度的T1 2膜，再生长3102形成A/4nSiJ?度的5102膜，此为第一个周期；接着再生长1102形成λ/4ητω2厚度的T1J莫，再生长S12形成人/411_2厚度的3102膜，此为第二个周期；最后再生长T12形成λ /4nTiQ2厚度的T1 2膜，再生长S1 2形成λ /4n SiQ2厚度的S1 2膜，此为第三个周期，即每种材料按照λ/4η厚度交替层叠生长形成3个周期的DBR膜系。
[0111]接着，如图42所示，在所述DBR膜系83上形成光敏材料层84，优选的，所述光敏材料层84的厚度为3 μ m?5 μ m。
[0112]接着，如图43所示，使用均匀平行照明光束8L垂直照射所述衬底80第二表面(也即反面/背面，与所述凹形结构82所在的表面相对的另一表面)，以对所述光敏材料层84进行选择性曝光。优选的，所述照明光束经过最薄处的衬底80 (即凹形结构82底壁竖直下方的衬底80)后，剩余的能量刚好能够和最薄处衬底80上的光敏材料层84发生完全反应。
[0113]如图44所示，去除所述凹形结构82底壁上的光敏材料层84(即被曝光的部分光敏材料层84)，露出部分DBR膜系83，即露出凹形结构82底壁上的DBR膜系83。
[0114]接着，如图45所示，去除露出的部分DBR膜系83，即去除凹形结构82底壁上的DBR膜系83。即凹形结构82底壁上无DBR膜系83。在此，可利用常规的刻蚀、清洗工艺去除露出的部分DBR膜系83。
[0115]接着，如图46和图47所示，刻蚀所述光敏材料层84及最先露出的DBR膜系83，去除部分光敏材料层84以及凹形结构82之间的衬底80第一表面上的DBR膜系83。即所述凹形结构82之间的衬底80第一表面上无DBR膜系83。在此，通过同比刻蚀所述光敏材料层84以及DBR膜系83，当所述凹形结构82之间的衬底80第一表面上的DBR膜系83去除后，刻蚀结束。
[0116]最后，如图48所示，去除剩余的光敏材料层84。由此，在所述凹形结构82的侧壁上形成了 DBR膜系83。
[0117]请继续参考图48，即形成了一种LED衬底结构8，所述LED衬底结构8包括:衬底80，所述衬底80上形成有周期性阵列排布的凹形结构82，所述凹形结构82的侧壁上形成有DBR膜系83，便于更好地提高LED的发光亮度。在LED的后续制作过程中，可利用所述凹形结构82的底壁以及凹形结构82之间的衬底80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。
[0118]综上可见，在本实用新型实施例提供的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，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膜系的窗口时，无需光刻，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，本实用新型所提供的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，本实用新型所提供的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。
[0119]【实施例五】
[0120]请参考图49，其为本实用新型实施例五的LED衬底结构的剖面示意图。如图49所示，所述LED衬底结构包括:衬底90，所述衬底90上形成有周期性阵列排布的凸形结构92，所述凸形结构92的外壁上形成有DBR膜系93。本实施例三中的LED衬底结构与实施例一中的LED衬底结构的差别在于，本实施例三中的凸形结构92的剖面形状为三角形，而实施例一中的凸形结构92的剖面形状为梯形，此点可通过调节衬底的刻蚀工艺予以控制，本申请实施例对此不再赘述。关于本申请实施例中未提及的部分可相应参考实施例一，本申请实施例对此同样不再赘述。
[0121]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型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。
【权利要求】
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，所述凸形结构的侧壁上形成有DBR膜系；或者所述衬底第一表面上形成有周期性阵列排布的凹形结构，所述凹形结构的侧壁上形成有DBR膜系。
2.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构的顶壁上形成有DBR膜系或者所述凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系。
3.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系；或者所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系。
4.如权利要求2所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构之间的衬底第一表面上无DBR膜系或者所述凹形结构的底壁上无DBR膜系。
5.如权利要求1或权利要求3所述的LED衬底结构，其特征在于，所述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。
6.如权利要求2或权利要求4所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构之间的衬底第一表面便于连接GaN层；或者所述凹形结构的底壁便于连接GaN层。
7.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三角形或者梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。
8.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。
9.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S1、S12、1102或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成。
10.如权利要求9所述的LED衬底结构，其特征在于，每种材料按照λ/4η厚度交替生长，所述DBR膜系的生长周期为3个-20个。
11.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
【文档编号】H01L33/00GK204243074SQ201420552614
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】马新刚, 丁海生, 李芳芳, 李东昇, 江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司