倒装led芯片结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种倒装LED芯片结构及其制作方法。
【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，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。
[0003]从结构上讲，LED芯片有LED芯片和倒装LED芯片之分，对于正装芯片而言，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。
[0004]相比LED芯片，倒装芯片可以解决散热难的问题，商业化的LED芯片大多生长的蓝宝石衬底上，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；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；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封装将其串联，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。
[0005]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面出光的，一方面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全反射，导致较多的光不能出来，减少出光效率；另一方面由于生长衬底表面图形的存在，在衬底和外延层的交界面处将会使较多的光再次从N面反向P面，进一步影响了倒装LED芯片的出光效率，如果倒装芯片不使用图形化衬底，而是用平坦的衬底，则将会严重影响外延层的晶体质量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种倒装LED芯片结构及其制作方法，在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种倒装LED芯片结构，包括:
[0008]具有相对的第一表面和第二表面的衬底，形成于所述衬底的第一表面上阵列排布的第一微透镜结构，形成于所述衬底的第二表面上阵列排布的第二微透镜结构，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构关于所述衬底对称分布；
[0009]形成于所述第一表面上的外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层、有源层和P型外延层；
[0010]形成于所述外延层中并暴露所述N型外延层的凹槽；
[0011]形成于所述凹槽的侧壁上的侧壁保护层；
[0012]形成于所述P型外延层上的P电极，形成于所述凹槽中的N电极；
[0013]倒装LED基板，包括多个间隔分布的第一基板和第二基板以及用于绝缘隔离所述第一基板和第二基板的绝缘隔离板，第一基板均与正极引线电连接，第二基板均与一负极引线电连接，所述第一基板对应于所述P电极，所述第二基板对应于所述N电极，所述绝缘隔离板插入所述P电极与N电极之间的缝隙。
[0014]可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
[0015]可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构的形状和尺寸相同。
[0016]可选的，在所述的倒装LED芯片结构中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构均为半球型或半椭球型结构。
[0017]本发明还提供一种倒装LED芯片结构的制作方法，包括:
[0018]提供一具有相对的第一表面和第二表面的衬底，所述衬底的第一表面上形成有阵列排布的第一微透镜结构；
[0019]在所述衬底的第一表面上形成外延层，所述外延层包括依次形成的N型外延层、有源层和P型外延层；
[0020]在所述外延层中形成多个暴露所述N型外延层的凹槽，并在所述凹槽的侧壁上形成侧壁保护层；
[0021]在所述P型外延层上形成P电极，在所述凹槽中形成N电极，以形成LED芯片；
[0022]提供一倒装LED基板，所述倒装LED基板包括多个间隔分布的第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板通过绝缘隔离板绝缘隔离，所述第一基板均与正极引线电连接，所述第二基板均与一负极引线电连接；
[0023]将所述LED芯片倒装焊接于所述倒装LED基板上，所述第一基板对应于所述P电极，所述第二基板对应于所述N电极，所述绝缘隔离板插入所述P电极与N电极之间的缝隙；
[0024]在所述衬底的第二表面上形成光刻胶层，并通过所述正极引线和负极引线对所述LED芯片通电使所述LED芯片发光，从而对所述光刻胶层进行无掩膜曝光和显影工艺，在衬底的第二表面上形成图形化光刻胶；
[0025]对所述图形化光刻胶进行烘烤形成掩膜层；以及
[0026]刻蚀所述衬底以在衬底的第二表面上形成阵列排布的第二微透镜结构，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构关于所述衬底对称分布。
[0027]可选的，所述的倒装LED芯片结构的制作方法中，所述衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
[0028]可选的，所述的倒装LED芯片结构的制作方法中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构的形状和尺寸相同。
[0029]可选的，所述的倒装LED芯片结构的制作方法中，所述第一微透镜结构和第二微透镜结构均为半球型或半椭球型结构。
[0030]可选的，所述的倒装LED芯片结构的制作方法中，所述图形化光刻胶为圆柱形光刻胶台。
[0031]可选的，所述的倒装LED芯片结构的制作方法中，所述掩膜层的图形为球冠状。
[0032]与现有技术相比，本发明提供一种倒装LED芯片结构，所述倒装LED芯片采用双面图形化衬底，所述双面图形化衬底两个相对的表面上设置具有聚光作用的微透镜阵列，从而在不影响LED外延层晶体质量的前提下，提高倒装LED芯片的发光亮度和轴向发光亮度。本发明的倒装LED芯片结构制作方法中，首先在衬底的第一表面上制作出阵列排布的第一微透镜结构，后续再结合衬底第一表面上阵列排布的第一微透镜结构的特点，通过LED芯片自身发光实现光刻自对准工艺，从而在无需掩膜板和对位的前提下，实现衬底第二表面掩膜层的制作，再通过刻蚀工艺实现衬底第二表面的图形化，以在衬底第二表面上形成阵列排布的第二微透镜结构，完成具有双面图形化衬底的倒装LED芯片制作。
【附图说明】
[0033]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明。为了清楚起见，图中各个层的相对厚度以及特定区的相对尺寸并没有按比例绘制。在附图中:
[0034]图1?12是本发明实施例中倒装LED芯片结构制