Led衬底结构的制作方法
【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。
【实用新型内容】
[0007]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，本实用新型提供一种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GaN。
[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]在本实用新型提供的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。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例的LED衬底结构的制作方法的流程示意图；
[0017]图2?图9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不意图；
[0018]图10?图17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示意图。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]请参考图1，其为本实用新型实施例的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:
[0021]步骤SlO:提供衬底；
[0022]步骤Sll:在所述衬底中形成多个凹槽；
[0023]步骤S12:在每个凹槽中形成一第一 GaN结构；
[0024]步骤S13: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 ；
[0025]步骤S14: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。
[0026]接下去，将结合LED衬底结构的制作方法中所形成的器件结构的示意图以及两个实施例做进一步说明。
[0027]【实施例一】
[0028]请参考图2?图9，其为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示意图。
[0029]如图2所示，提供衬底20，优选的，所述衬底20为蓝宝石衬底。
[0030]接着，在所述衬底20中形成多个凹槽，具体的，请参考图3?图5。
[0031]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的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的至少一种。在本申请实施例中，所述掩膜层21可以通过蒸发工艺、溅射工艺、PECVD工艺或者LPCVD工艺等工艺形成。
[0032]接着，如图4所示，在所述掩膜层21中形成多个开口 22，露出部分衬底20。在此，通过光刻及刻蚀工艺，去除部分掩膜层21，从而在剩余的掩膜层21中形成多个开口 22。
[0033]接着，如图5所示，刻蚀露出的部分衬底20，形成多个凹槽23。在本申请实施例中，多个凹槽23呈周期性阵列排布。优选的，通过湿法腐蚀工艺刻蚀露出的部分衬底20，形成多个凹槽23。具体的，所述湿法腐蚀工艺采用硫酸和磷酸的混合液，优选的，在混合液中，硫酸和磷酸的体积比为3:1?10:1。在本申请实施例中，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。
[0034]在本申请实施例中，所述凹槽23的剖面形状为倒梯形，更具体的，所述凹槽23的剖面形状为倒等腰梯形。
[0035]接着，如图6所示，在每个凹槽23中形成一第一 GaN结构24，即形成多个第一 GaN结构24，其中，一第一 GaN结构24位于一凹槽23中。由此，多个第一 GaN结构24也呈周期性阵列排布。在本申请实施例中，通过在每个凹槽23中沉积GaN材料，从而形成第一 GaN结构24。在此，由于凹槽23为非平面，由此，在每个凹槽23中沉积GaN材料，所形成的第一GaN结构24的材料为多晶GaN。优选的，通过MOCVD工艺在每个凹槽23中沉积GaN材料。
[0036]同样的，在本申请实施例中，所述第一GaN结构24的剖面形状也为倒梯形，更具体的，所述凹槽23的剖面形状为倒等腰梯形。
[0037]在本申请实施例中，在形成第一 GaN结构24后，去除剩余的掩膜层21，请相应参考图7。优选的，通过湿法腐蚀工艺去除剩余的掩膜层21。其中，所述湿法腐蚀工艺的腐蚀液为氢氟酸或者BOE (缓冲氧化物刻蚀剂)。
[0038]接着，如图8所示，在每个第一 GaN结构24上形成一第二 GaN结构25，在衬底20表面形成多个第三GaN结构26，所述多个第三GaN结构26与多个第二 GaN结构25间隔排布，即一第三GaN结构26与一第二 GaN结构25相邻排布。在此，即形成了多个第二 GaN结构25，其中，一第二 GaN结构25位于一第一 GaN结构24上。因此，多个第二 GaN结构25也呈周期性阵列排布，相应的，多个第三GaN结构26也呈周期性阵列排布。在本申请实施例中，所述第二 GaN结构25及第三GaN结构26均通过MOCVD工艺沉积GaN材料形成。其中，第二 GaN结构25由于是在多晶GaN材料的第一 GaN结构24上形成，因此，第二 GaN结构25的材料也为多晶GaN;而第三GaN结构26由于是在衬底20表面(即平面)形成，因此，第三GaN结构26的材料为单晶GaN。
[0039]由于GaN材料的生长特性，在本申请实施例中，所述第二 GaN结构25的剖面形状为倒梯形；所述第三GaN结构26的剖面形状为正梯形。进一步的，多个第二 GaN结构25的顶面与多个第三GaN结构26顶面齐平。
[0040]接着，如图9所示，形成AlGaN层27，所述AlGaN层27覆盖所述多个第二 GaN结构25及多个第三GaN结构26。即在多个第二 GaN结构25的顶面及多个第三GaN结构26顶面形成AlGaN层27。通过所述AlGaN层27，可以使得所形成的LED衬底结构2具有更平坦的表面。此外，通过形成AlGaN层27的工艺，也能够控制第二 GaN结构25及第三GaN结构26的形状(高度)。在本申请实施例中，所述AlGaN层27的截面宽度与所述衬底20的截面宽度相同。通常的，所述衬底20为晶圆(即形状为圆形)，因此，也可以说所述AlGaN层27的直径与所述衬底20