一种用于倒装led芯片的衬底的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体光电芯片制作领域，特别涉及一种用于倒装LED芯片的衬底。
【背景技术】
[0002]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，尤其是高端照明领域，发光亮度的提高却是LED行业科研工作者永无止境的追求。近年来，在提高LED发光亮度方面最活跃的技术无疑是图形化衬底技术，图形化衬底技术不仅通过减少晶格缺陷(或晶格失配)而提高了 LED外延的晶体质量，从而大大提高了其内量子效率；而且通过增加界面(外延层与衬底的界面)处的散射或漫反射作用而提高了LED芯片的光萃取效率(或者说提高了 LED芯片的外量子效率)。自从2010年以来，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的晶体质量和发光亮度都得到了革命性的提高；已经能够部分取代传统光源进入相关领域，例如显示领域、低端照明领域等。
[0003]为了应对LED高发光亮度的挑战，进入高端照明领域，LED行业的科研工作者提出了高压LED芯片、垂直LED芯片和倒装LED芯片等结构。
[0004]高压LED芯片结构一般是在外延层形成后，通过光刻刻蚀工艺形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料，最后在各绝缘分离的外延层上制作电极并形成串联结构；虽然这种结构可以提高LED的发光亮度，但形成隔离槽、填充绝缘材料的工艺过程却大大增加了芯片的制作成本，不仅如此，在一定程度上还降低了 LED芯片的可靠性，例如由于现有刻蚀均匀性达不到要求而导致的深槽刻蚀不干净，会最终导致漏电，降低LED芯片的抗击穿能力等。
[0005]垂直LED芯片结构虽然不需要刻蚀N区材料，在一定程度上降低了 LED的一部分生产成本，且适于大电流的注入，可以进一步提高LED芯片的发光亮度，但是，和高压芯片一样，垂直结构的LED也需要形成隔离槽，这又提高了 LED的生产成本，不仅如此，垂直结构的芯片还需要剥离掉生长衬底，这又再一次提高了 LED芯片的生产成本，降低了 LED芯片的良率和可靠性。
[0006]倒装LED芯片结构是将正装芯片倒装焊接于一导电导热性能良好的基板上，使得发热比较集中的发光外延层更接近于散热热尘，使大部分热量通过基板导出，而不是从散热不良的蓝宝石生长衬底导出，这在一定程度上缓解了 LED芯片的散热问题，提高了 LED芯片的可靠性；并且，与其它结构的LED芯片相比，在LED芯片面积确定的情况下，倒装结构的LED芯片的发光面积更大，所以其在面对高端照明领域高发光亮度需求的挑战时更具优势。然而倒装LED芯片结构是在N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，导致较多的光不能发射出来，尤其是目前应用于LED芯片结构中主流的图形化衬底又具有散射和漫反射作用，更容易导致较多的光不能发射出来，减少了出光效率。不仅如此，在图形化衬底取代平衬底之后，必须采用较厚的缓冲层将图形化的衬底表面填平，才能保证衬底之上的外延层具有较高的晶体质量，然而，缓冲层一般是多晶材料，具有较高的吸光率，严重破坏了倒装LED芯片的出光效果；但是，如果不采用图形化衬底技术，LED芯片的内量子效率就不能充分发挥。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型提供一种用于倒装LED芯片的衬底，既能提高倒装LED芯片的晶体质量(即内量子效率)，又能减少从外延层射向衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率(即外量子效率)。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于倒装LED芯片的衬底，包括支撑衬底、介质层以及与倒装LED芯片的外延层晶体结构相同的晶格匹配层，所述介质层以及晶格匹配层均位于所述支撑衬底上，所述晶格匹配层为阵列排布的柱状结构并镶嵌于所述介质层中。
[0009]可选的，所述介质层的透光率大于所述晶格匹配层的透光率。所述倒装LED芯片的外延层为氮化镓，所述晶格匹配层为氮化镓或者氮化铝，所述介质层的材料为二氧化硅、
氮化硅或氮氧化硅。
[0010]可选的，所述柱状结构是圆柱状结构、椭圆柱状结构或多棱柱状结构。
[0011]可选的，所述介质层的高度大于或等于所述晶格匹配层的高度。
[0012]本实用新型提供另一种用于倒装LED芯片的衬底，包括支撑衬底、介质层以及与倒装LED芯片的外延层晶体结构相同的晶格匹配层，所述介质层以及晶格匹配层均位于所述支撑衬底上，所述介质层为阵列排布的柱状结构并镶嵌于所述晶格匹配层中。
[0013]可选的，所述介质层的透光率大于所述晶格匹配层的透光率。所述倒装LED芯片的外延层为氮化镓，所述晶格匹配层为氮化镓或者氮化铝，所述介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0014]可选的，所述柱状结构是圆柱状结构、椭圆柱状结构或多棱柱状结构。
[0015]可选的，所述介质层的高度大于或等于所述晶格匹配层的高度。
[0016]本实用新型提供的用于倒装LED芯片的衬底具有如下优点:
[0017]首先，所述晶格匹配层或所述介质层为柱状结构，有利于提高形成于衬底上的外延层的晶体质量，进而提高倒装LED芯片的内量子效率；并且，所述柱状结构的侧面垂直于支撑衬底的表面，不会发生光散射或漫反射，能够减少从外延层射向支撑衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率，即提高倒装LED芯片的外量子效率；
[0018]其次，采用与所述倒装LED芯片的外延层晶体结构相同的晶格匹配层，比如所述晶格匹配层由氮化镓薄膜或者氮化铝薄膜制成，其与后续形成的外延层具有较佳的晶格匹配效果，减少位错缺陷，进一步提高倒装LED芯片的内量子效率；
[0019]再次，与倒装LED芯片中的缓冲层相比，所述介质层的透光率更高，吸收率更小，所以所述介质层的使用能够通过减少缓冲层的占空比，减少光在倒装LED芯片内部的吸收率，从而进一步提高倒装LED芯片的发光亮度。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例一的用于倒装LED芯片的衬底的制作方法的流程示意图；
[0021]图2?9是本实用新型实施例一的用于倒装LED芯片的衬底制作过程中的剖面结构示意图；
[0022]图10是本实用新型实施例一的用于倒装LED芯片的衬底的俯视图；
[0023]图11是本实用新型实施例二的用于倒装LED芯片的衬底的制作方法的流程示意图；
[0024]图12?20是本实用新型实施例二的用于倒装LED芯片的衬底制作过程中的剖面结构示意图；
[0025]图21是本实用新型实施例三的用于倒装LED芯片的衬底的制作方法的流程示意图；
[0026]图22?29是本实用新型实施例三的用于倒装LED芯片的衬底制作过程中的剖面结构示意图；
[0027]图30是本实用新型实施例三的用于倒装LED芯片的衬底的俯视图；
[0028]图31是本实用新型实施例四的用于倒装LED芯片的衬底的制作方法的流程示意图；
[0029]图32?40是本实用新型实施例四的用于倒装LED芯片的衬底制作过程中的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]在【背景技术】中已经提及，传统的倒装LED芯片在提高内量子效率和外量子效率之间存在矛盾。为此，本实用新型提供一种用于倒装LED芯片的衬底，既能提高倒装LED芯片的晶体质量(即内量子效率)，又能减少从外延层射向衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率(即外量子效率)。所述衬底包括支撑衬底、介质层以及与所述倒装LED芯片的外延层晶体结构相同的晶格匹配层，所述晶格匹配层或介质层为柱状结构；若所述晶格匹配层为柱状结构，则所述介质层形成于所述支撑衬底上，且所述晶格匹配层镶嵌于所述介质层中；若所述介质层为柱状结构，则所述晶格匹配层形成于所述支撑衬底上，且所述介质层镶嵌于所述晶格匹配层中。所述柱状结构有利于提高形成于衬底上的外延层的晶体质量，进而提高倒装LED芯片的内量子效率，并且所述柱状结构的侧面垂直于支撑衬底的表面，不会发生光散射或漫反射，能够减少从外延层射向支撑衬底的光的反射，增加其透射，提高倒装LED芯片的出光效率，即提高倒装LED芯片的外量子效率。并且，所述晶格匹配层与所述倒装LED芯片的外延层晶体结构相同，可以获得较佳的晶格匹配效果，减少位错缺陷，进一步提高倒装LED芯片的内量子效率。再者，介质层的引入可减少缓冲层的占空比，从而减少光在倒装LED芯片内部被吸收的概率，更进一步提高倒装LED的发光亮度。
[0031]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的用于倒装LED芯片的衬底作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优