一种LED结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种LED结构及其制作方法，所述LED结构的图形化衬底形成有若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构将原始衬底表面分割成若干周期性阵列排布的区域，如此，各个独立发光半导体层在形成的过程中已经通过图形化衬底进行绝缘分离，无需芯片制造端再通过光刻刻蚀工艺进行隔离槽的制作，更无须再用绝缘材料填充隔离槽，并且，各个独立发光半导体的第一电极和第二电极可以根据需求在形成独立发光半导体第一电极和第二电极的同时形成电连接，即形成任意颗数的串联结构，形成串联结构的独立发光半导体层无需再进行切割，后续也无需对独立发光半导体进行单独封装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电芯片制作领域，尤其涉及一种LED结构及其制作方法。
技术介绍
自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而对于半导体发光器件LED来说，要代替传统光源进入高端照明领域，必须考虑两个因素：一是发光亮度提升，二是生产成本的降低。近年来，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在原始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，在2010年到2012年间，前后出现的锥状结构的干法图形化衬底和金字塔形状的湿法图形化衬底完全取代了表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流原始衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。但是图形化衬底代替表面平坦的蓝宝石衬底成为LED芯片的主流原始衬底无疑增加了LED的生产成本，虽然所增加的成本随着图形化衬底制作技术水平的提高会慢慢降低，但却无法完全消除。而且最终制作出的LED的形状无太多改善，进一步提高LED发光亮度的空间有限。随着半导体集成技术的高速发展，一种称为高压芯片的LED结构应运而生，此种结构的LED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，但实际上其发光效率并没有提高，并且大大增加了芯片制造端的制造成本。所以亟待研发一种能够替代先形成隔离槽，再在隔离槽内填充绝缘材料的，且能够大幅提高LED发光亮度和生产成本的工艺技术方案，以解决现有工艺技术方案亮度提升空间有限且生产成本居高不下的缺陷问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在提高LED发光亮度、LED芯片可靠性及良率的同时能够降低其生产成本的LED结构及其制作方法。为了解决上述问题，本专利技术提供一种LED结构，包括：图形化衬底，所述图形化衬底包括原始衬底以及形成于所述原始衬底上的若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构为环状结构且所述第一图形结构的内部空间呈倒台状；形成于所述图形化衬底上绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层，所述独立发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述独立发光半导体层具有贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的N区台面；形成于所述P型半导体层上的第一电极以及形成于所述N区台面上的第二电极，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极金属连接，形成串联结构；以及形成于所述P型半导体层、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上的钝化保护层，所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极上的钝化保护层具有引线孔。可选的，在所述的LED结构中，还包括形成于所述P型半导体层上的扩展电极，所述扩展电极具有暴露部分P型半导体层的开孔，所述第一电极形成于所述扩展电极的开孔处。可选的，在所述的LED结构中，所述第一图形结构为矩形环状结构，所述第一图形结构的内部空间呈倒矩形台状。所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表面的截面为梯形。可选的，在所述的LED结构中，所述图形化衬底还包括形成于所述第一图形结构上的第三图形结构，所述第三图形结构为环状结构，且所述第可选的，在所述的LED结构中，所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表面的截面为三角形。可选的，在所述的LED结构中，所述图形化衬底还包括形成于第一图形结构内部空间的原始衬底上的若干周期性阵列排布的第二图形结构。所述第二图形结构为台状结构或锥状结构。可选的，在所述的LED结构中，所述第一图形结构与所述原始衬底的材质相同。所述第一图形结构与所述原始衬底的材质均为碳化硅、蓝宝石或硅。可选的，在所述的LED结构中，所述第一图形结构与所述原始衬底的材质不相同。所述原始衬底的材质为碳化硅、蓝宝石或硅，所述第一图形结构的材质为二氧化硅。本专利技术还提供一种LED结构的制作方法，包括：提供一图形化衬底，所述图形化衬底包括原始衬底以及形成于所述原始衬底上的若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构为环状结构且所述第一图形结构的内部空间呈倒台状；在所述图形化衬底上形成绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层，所述独立发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层，在所述独立发光半导体层中形成贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的N区台面；在所述P型半导体层上形成第一电极以及在所述N区台面上形成第二电极，同时使部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极金属连接，形成串联结构；以及在所述扩展电极、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上形成钝化保护层，并在所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极上的钝化保护层中形成引线孔。可选的，在所述的LED结构的制作方法中，在所述图形化衬底上形成绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层的过程中，图形化衬可选的，在所述的LED结构的制作方法中，在所述扩展电极、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上形成钝化保护层的过程中，图形化衬底在承载盘的带动下公转的同时还在进行自转。可选的，在所述的LED结构的制作方法中，在所述P型半导体层上形成第一电极以及在所述N区台面上形成第二电极之前，还包括：在所述P型半导体层上形成扩展电极，所述扩展电极具有暴露部分P型半导体层的开孔，所述第一电极形成于所述扩展电极的开孔处。可选的，在所述的LED结构的制作方法中，在所述原始衬底上形成若干周期性阵列排布的第一图形结构的步骤包括：在所述原始衬底上形成第一掩膜层，所述第一掩膜层的抗腐蚀能力由下至上逐渐减弱；在所述第一掩膜层上形成图形化的光刻胶层，并以图形化的光刻胶层为掩膜对所述第一掩膜层进行刻蚀，再去除所述图形化的光刻胶层，形成图形化的第一掩膜层；以所述图形化的第一掩膜层为掩膜对所述原始衬底进行刻蚀，在所述原始衬底表面形成若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED结构，其特征在于，包括： 图形化衬底，所述图形化衬底包括原始衬底以及形成于所述原始衬底上的若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构为环状结构且所述第一图形结构的内部空间呈倒台状； 形成于所述图形化衬底上绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层，所述独立发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述独立发光半导体层具有贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的N区台面； 形成于所述P型半导体层上的第一电极以及形成于所述N区台面上的第二电极，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极金属连接，形成串联结构；以及 形成于所述P型半导体层、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上的钝化保护层，所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极上的钝化保护层具有引线孔。

【技术特征摘要】
1.一种LED结构，其特征在于，包括： 
图形化衬底，所述图形化衬底包括原始衬底以及形成于所述原始衬底上的若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构为环状结构且所述第一图形结构的内部空间呈倒台状； 
形成于所述图形化衬底上绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层，所述独立发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述独立发光半导体层具有贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的N区台面； 
形成于所述P型半导体层上的第一电极以及形成于所述N区台面上的第二电极，部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极金属连接，形成串联结构；以及 
形成于所述P型半导体层、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上的钝化保护层，所述串联结构中为首的独立发光半导体层上的第一电极和为尾的独立发光半导体层上的第二电极上的钝化保护层具有引线孔。 
2.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于，还包括形成于所述P型半导体层上的扩展电极，所述扩展电极具有暴露部分P型半导体层的开孔，所述第一电极形成于所述扩展电极的开孔处。 
3.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构为矩形环状结构，所述第一图形结构的内部空间呈倒矩形台状。 
4.如权利要求1或3所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表面的截面为梯形。 
5.如权利要求3所述的LED结构，其特征在于，所述图形化衬底还包括形成于所述第一图形结构上的第三图形结构，所述第三图形结构为环状结构，且所述第三图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表面的截面为三角形。 
6.如权利要求1或3所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向且垂直于原始衬底表面的截面为三角形。 
7.如权利要求1或3所述的LED结构，其特征在于，所述图形化衬底。 
8.如权利要求7所述的LED结构，其特征在于，所述第二图形结构为台状结构或锥状结构。 
9.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构与所述原始衬底的材质相同。 
10.如权利要求9所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构与所述原始衬底的材质均为碳化硅、蓝宝石或硅。 
11.如权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述第一图形结构与所述原始衬底的材质不相同。 
12.如权利要求11所述的LED结构，其特征在于，所述原始衬底的材质为碳化硅、蓝宝石或硅，所述第一图形结构的材质为二氧化硅。 
13.一种LED结构的制作方法，其特征在于，包括： 
提供一图形化衬底，所述图形化衬底包括原始衬底以及形成于所述原始衬底上的若干周期性阵列排布的第一图形结构，所述第一图形结构为环状结构且所述第一图形结构的内部空间呈倒台状； 
在所述图形化衬底上形成绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层，所述独立发光半导体层包括依次层叠的N型半导体层、有源层和P型半导体层，在所述独立发光半导体层中形成贯穿所述P型半导体层、有源层和至少部分N型半导体层的N区台面； 
在所述P型半导体层上形成第一电极以及在所述N区台面上形成第二电极，同时使部分相邻的独立发光半导体层上的第二电极和第一电极金属连接，形成串联结构；以及 
在所述扩展电极、N区台面以及独立发光半导体层暴露的侧壁上形成钝化保护层...

【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