Led衬底结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[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。
[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。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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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】
[0007]本发明的目的在于提供一种LED衬底结构及其制作方法，以解决现有的倒装LED芯片出光效率较低的问题。
[0008]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；形成于所述衬底中的多个第一GaN结构；形成于多个第一GaN结构上的多个第二GaN结构；形成于所述衬底表面的多个第三GaN结构，所述多个第三GaN结构与所述多个第二 GaN结构间隔排布；以及覆盖所述多个第二 GaN结构及多个第三GaN结构的AlGaN层；其中，每个第一 GaN结构及每个第二 GaN结构的材料均为多晶GaN，每个第三GaN结构的材料为单晶GaN0
[0009]可选的，在所述的LED衬底结构中，每个第一 GaN结构的剖面形状为三角形或者倒梯形。
[0010]可选的，在所述的LED衬底结构中，每个第一 GaN结构的剖面形状为倒等腰三角形或者倒等腰梯形。
[0011]可选的，在所述的LED衬底结构中，每个第二 GaN结构的剖面形状为倒梯形，每个第三GaN结构的剖面形状为正梯形。
[0012]可选的，在所述的LED衬底结构中，多个第一 GaN结构、多个第二 GaN结构及多个第三GaN结构均呈周期性阵列排布。
[0013]可选的，在所述的LED衬底结构中，多个第二 GaN结构的顶面与多个第三GaN结构的顶面齐平。
[0014]可选的，在所述的LED衬底结构中，所述AlGaN层的截面宽度与所述衬底的截面宽度相同。
[0015]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:
[0016]提供衬底；
[0017]在所述衬底中形成多个凹槽；
[0018]在每个凹槽中形成一第一 GaN结构；
[0019]在每个第一 GaN结构上形成一第二 GaN结构，在衬底表面形成多个第三GaN结构，所述多个第三GaN结构与多个第二 GaN结构间隔排布，其中，每个第一 GaN结构及每个第二GaN结构的材料均为多晶GaN，每个第三GaN结构的材料为单晶GaN ；
[0020]形成AlGaN层，所述AlGaN层覆盖所述多个第二 GaN结构及多个第三GaN结构。
[0021]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述衬底中形成多个凹槽包括:
[0022]在所述衬底上形成掩膜层；
[0023]在所述掩膜层中形成多个开口，露出部分衬底；
[0024]刻蚀露出的部分衬底，形成多个凹槽。
[0025]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，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。
[0026]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，通过湿法腐蚀工艺刻蚀露出的部分衬底，形成多个凹槽。
[0027]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述湿法腐蚀工艺的腐蚀液为硫酸和磷酸的混合液，在混合液中，硫酸和磷酸的体积比为3:1?10:1 ;所述湿法腐蚀工艺的温度为200°C?300°C ;所述湿法腐蚀工艺的工艺时间为I分钟?60分钟。
[0028]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在每个凹槽中形成一第一 GaN结构包括:
[0029]在每个凹槽中沉积GaN材料，以形成第一 GaN结构；
[0030]去除剩余的掩膜层。
[0031]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，通过MOCVD工艺在每个凹槽中沉积GaN材料。
[0032]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，通过湿法腐蚀工艺去除剩余的掩膜层。
[0033]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述湿法腐蚀工艺的腐蚀液为氢氟酸或者BOE。
[0034]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在每个第一 GaN结构上形成一第二GaN结构，在衬底表面形成多个第三GaN结构，所述多个第三GaN结构与多个第二 GaN结构间隔排布包括:
[0035]通过MOCVD工艺沉积GaN材料，以在每个第一 GaN结构上形成一第二 GaN结构，在衬底表面形成多个第三GaN结构，所述多个第三GaN结构与多个第二 GaN结构间隔排布。
[0036]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述凹槽的剖面形状为三角形或者倒梯形。
[0037]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述凹槽的剖面形状为倒等腰三角形或者倒等腰梯形。
[0038]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，每个第二 GaN结构的剖面形状为倒梯形，每个第三GaN结构的剖面形状为正梯形。
[0039]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，多个第一 GaN结构、多个第二 GaN结构及多个第三GaN结构均呈周期性阵列排布。
[0040]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，多个第二 GaN结构的顶面与多个第三GaN结构的顶面齐平。
[0041]可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，所述AlGaN层的截面宽度与所述衬底的截面宽度相同。
[0042]在本发明提供的LED衬底结构中，第一 GaN结构及第二 GaN结构能够增加光的透射，从而可提高倒装LED芯片的出光效率，进而提高倒装LED芯片的发光亮度；第三GaN结构具有聚光作用，从而可提高倒装LED芯片的轴向发光亮度；此外，AlGaN层能够抑制第二GaN结构及第三GaN结构中的缺陷向外延伸，减少后续结构中的缺陷，进一步的，AlGaN层还能够提高倒装LED芯片的抗击穿能力，有利于倒装LED芯片性能及可靠性的提高。在本发明提供的LED衬底结构的制作方法中，工艺简单、可操作性强，适于大规模商业化生产，符合倒装LED芯片未来发展之路。
【附图说明】
[0043]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；
[0044]图2?图9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示意图；
[0045]图10?图17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示意图。
【具体实施方式】
[0046]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。
[0047]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:
[0048]步骤SlO:提供衬底；
[0049]步骤Sll:在所述衬底中形成多个凹槽；
[0050]步骤S12:在每个凹槽中形成一第一 GaN结构；
[0051]步骤S13:在每个