[发明专利]图形化衬底、倒装LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种图形化衬底、倒装LED芯片及其制作方法。

背景技术

半导体发光二极管(LED)是新型固态冷光源，其具有能效高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点，使其广泛的应用于人们的日常生活。例如，交通红绿灯、车头灯、户外显示器、手机背光源，电器的指示灯、某些照明路灯都广泛大量的采用LED。尤其是在节能环保方面，LED灯相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势，因此未来其代替传统光源成为主要照明光源已经成为共识。

目前LED外延层大多采用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在异质外延上制备，提高亮度使用最多的方式是表面图形化衬底技术(PSS)，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，而是需要将尽可能多的光透射穿过衬底。

商业化的正装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，导致其具有以下问题：1）其主要通过传导散热，而蓝宝石衬底由于较厚，所以热量难于导出，热量聚集在芯片上影响芯片可靠性，增加光衰和减少芯片寿命；2）由于电极挡光，会减少芯片的出光，导致出现光效低的问题；3）电流拥挤会增加芯片的电压，这些都会降低芯片的光效；4）封装复杂，单个LED芯片的电压为3V左右，因此需要变压或者封装将其串联，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。

相比于正装LED芯片，倒装芯片可以解决上述问题。但是，由于蓝宝石的折射率低于外延层材料氮化镓的折射率，所以外延层射出来的光会在其与蓝宝石衬底界面处发生反射，导致较多的光不能发射出来，影响出光效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是减少光从外延层射向衬底的光反射，增加透射穿过衬底的光，提高出光效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种图形化衬底的制作方法，包括：

提供一衬底；

在所述衬底表面形成若干凹坑；以及

在所述凹坑内填充绝缘介质膜以形成微透镜；

其中，所述衬底以及所述绝缘介质膜均采用透光材料，所述绝缘介质膜的折射率大于所述衬底的折射率并小于一外延层的折射率。

可选的，在所述的图形化衬底的制作方法中，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、氧化锌或尖晶石，所述绝缘介质膜为氮化硅或氧化钛。

可选的，在所述的图形化衬底的制作方法中，在所述衬底表面形成若干凹坑的步骤包括：

在所述衬底上形成硬掩膜层；

刻蚀所述硬掩膜层形成图形化的硬掩膜层；

刻蚀所述衬底以在所述衬底表面形成若干凹坑；以及

去除所述图形化的硬掩膜层。

可选的，在所述的图形化衬底的制作方法中，在所述衬底表面形成若干凹坑的步骤包括：

在所述衬底表面形成图形化的光刻胶；以及

以所述图形化的光刻胶为掩膜，进行感应耦合等离子体刻蚀工艺，直至所述图形化的光刻胶被完全刻蚀掉，以在所述衬底表面形成若干凹坑。

可选的，在所述的图形化衬底的制作方法中，在所述凹坑内填充绝缘介质膜的步骤包括：

在形成有若干凹坑的衬底表面形成绝缘介质膜，所述绝缘介质膜表面具有若干凹陷；

在所述绝缘介质膜表面涂覆光刻胶；

对所述光刻胶进行曝光和显影，去除所述凹坑外的光刻胶；

对所述衬底进行刻蚀，去除所述凹坑外的绝缘介质膜，保留所述凹坑内的绝缘介质膜，以形成微透镜。

可选的，在所述的图形化衬底的制作方法中，在所述凹坑内填充绝缘介质膜的步骤包括：在形成有若干凹坑的衬底表面形成绝缘介质膜；对所述衬底进行平坦化，去除所述凹坑外的绝缘介质膜，保留所述凹坑内的绝缘介质膜，以形成微透镜。

本发明还提供一种图形化衬底，包括：衬底、形成于所述衬底表面的若干凹坑以及填充于所述凹坑内的绝缘介质膜，所述衬底以及所述绝缘介质膜均采用透光材料，所述绝缘介质膜的折射率大于所述衬底的折射率，并小于一外延层的折射率。

本发明更提供一种倒装LED芯片的制作方法，包括：

提供具有第一面以及第二面的衬底，所述第二面作为出光面；

在所述衬底的第一面形成若干凹坑；

在所述凹坑内填充绝缘介质膜以形成微透镜；以及

在所述衬底的第一面以及所述微透镜上形成外延层；