LED衬底结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种LED衬底结构及其制作方法，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；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；在做DBR膜系的纳米窗口阵列时，无需对位，直接曝光、显影，避开了微纳图形加工过程中光刻难对位的技术瓶颈；总之，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，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。

【技术实现步骤摘要】
LED衬底结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体光电芯片制造
，特别涉及一种LED衬底结构及其制作方法。
技术介绍
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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种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或者周期性阵列排布的凹形结构，所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。可选的，在所述的LED衬底结构中，所述纳米窗口阵列露出的部分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；或者所述纳米窗口阵列露出的部分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。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梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。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。可选的，在所述的LED衬底结构中，所述DBR膜系由SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成。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。可选的，在所述的LED衬底结构中，所述衬底为蓝宝石衬底。本专利技术还提供一种LED衬底结构的制作方法，所述LED衬底结构的制作方法包括：提供衬底；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或者周期性阵列排布的凹形结构；在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，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或者周期性阵列排布的凹形结构包括：在所述衬底上形成掩膜层；利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层，暴露出部分衬底；刻蚀暴露出的部分衬底，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或者周期性阵列排布的凹形结构；去除剩余的掩膜层。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述衬底第一表面上形成掩膜层中，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，所述掩膜层的厚度为0.1μm～1μm。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，利用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，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℃～300℃，工艺时间为1分钟～60分钟。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，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。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面包括：在所述凸形结构的外壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凸形结构的侧壁以及凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系；使用均匀平行照明光束垂直照射所述衬底第二表面，以对所述光敏材料层进行选择性曝光；去除覆盖所述凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系的光敏材料层；形成光刻胶，所述光刻胶覆盖光敏材料层以及露出的DBR膜系；使用均匀平行照明光束透过纳米窗口阵列光刻板后垂直照射所述衬底第一表面，对所述光刻胶显影后，在所述光刻胶中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分DBR膜系；刻蚀露出的部分DBR膜系，以在凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系中形成纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；去除光刻胶和剩余的光敏材料层。可选的，在所述的LED衬底结构的制作方法中，在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面包括：在所述凹形结构的内壁以及凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系；形成光敏材料层，所述光敏材料层覆盖所述凹形结构的内壁上的DBR膜系；使用均匀平本文档来自技高网...

【技术保护点】
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或者周期性阵列排布的凹形结构，所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。

【技术特征摘要】
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或者周期性阵列排布的凹形结构，所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成有DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。2.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述纳米窗口阵列露出的部分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；或者所述纳米窗口阵列露出的部分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。3.如权利要求1所述的LED衬底结构，其特征在于，所述凸形结构的剖面形状为梯形；所述凹形结构的剖面形状为梯形。4.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。5.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SiO、SiO2、TiO2或者Ti3O5中的至少两种材料层叠形成。6.如权利要求5所述的LED衬底结构，其特征在于，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。7.如权利要求1～6中任一项所述的LED衬底结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。8.一种LED衬底结构的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底；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或者周期性阵列排布的凹形结构；在所述凸形结构的外壁和凸形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凸形结构的顶壁和凸形结构之间的衬底第一表面；或者在所述凹形结构的内壁和凹形结构之间的衬底第一表面上形成DBR膜系，其中，所述凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面上的DBR膜系设有纳米窗口阵列，所述纳米窗口阵列露出部分凹形结构的底壁和凹形结构之间的衬底第一表面。9.如权利要求8所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，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或者周期性阵列排布的凹形结构，包括：在所述衬底上形成掩膜层；利用光刻和刻蚀工艺，去除部分掩膜层，暴露出部分衬底；刻蚀暴露出的部分衬底，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或者周期性阵列排布的凹形结构；去除剩余的掩膜层。10.如权利要求9所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，在所述衬底第一表面上形成掩膜层中，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，所述掩膜层的厚度为0.1μm～1μm。11.如权利要求9所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，利用干法或者湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底。12.如权利要求11所述的LED衬底结构的制作方法，其特征在于，当利用湿法刻蚀工艺刻蚀暴露出的部分衬底时，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℃～300℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海生，马新刚，李东昇，李芳芳，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33