一种led结构及其制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种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。
【专利说明】一种LED结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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 —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。
[0005]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。
【发明内容】
[0006]本发明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。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种LED结构，包括:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]本发明还提供一种LED结构的制作方法，包括:
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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
[0023]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。
[0024]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
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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:
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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面的截面为梯形，将所述图形化的第一掩膜层保留作为第三图形结构。
[0031]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包括:
[0032]在所述原始衬底上形成第一掩膜层；
[0033]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；
[0034]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；
[0035]去除所述图形化的第一掩膜层；
[0036]继续对所述原始衬底和第一图形结构进行刻蚀，使所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向的纵截面为三角形。
[0037]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包括:
[0038]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；
[0039]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，将所述图形化的第一掩膜层作为第一图形结构。
[0040]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之后，还包括:
[0041]在所述第一图形结构内部空间的原始衬底表面形成若干周期性阵列排布的第二图形结构。
[0042]可选的，在所述的LED结构的制作方法中，所述第二图形结构为台状结构或锥状结构。
[0043]可选的，在所述的LED结构的制作方法中，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。
[0044]本发明提供的LED结构及其制作方法具有以下有益效果:
[0045]1、所述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，将所述图形化衬底结构用于高压芯片LED的制作时，所述环状结构相当于传统工艺中的隔离槽中的绝缘材料，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，而这些工艺步骤正是芯片制造端的技术瓶颈，所以本发明提供的LED结构及其制作方法解决了芯片制造端的技术难题；
[0046]2、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，而切割工艺正是芯片制造端占据成本最高的工艺，因而本发明提供的LED结构及其制作方法降低了芯片制造端的制造成本，同时还降低了下游封装的成本；
[0047]3、由于第一图形结构为环状结构且其内部空间呈倒台状，相应的所述独立发光半导体层的形状为倒台状，且上下表面的图形尺寸(或侧面角度)可根据图形化衬底的某一种图形的尺寸进行调节，突破了现有切割工艺只能制作出矩形柱状发光半导体的技术局限性，不仅如此，此种形状的发光半导体层能够在进一步提高亮度的同时，还可提高其轴向发光亮度；
[0048]4、由于所述各个发光半导体层可以在形成电极的同时形成串联结构，所以本发明所提供的LED结构能够在较大电压下工作；
[0049]5、由于串联结构可以电极同步形成，处于中间位置的管芯可以不受打线要求的束缚，所占据发光区的面积会更小，所以这又进一步提高了 LED的发光亮度。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]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:
[0051]图1至图8是本发明实施例一提供的图形化衬底制作过程中的剖面结构示意图；
[0052]图9是本发明实施例二提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0053]图10是本发明实施例一或二提供的图形化衬底的俯视示意图；
[0054]图11是本发明实施例三提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0055]图12是本发明实施例四提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0056]图13是本发明实施例五提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0057]图14是本发明实施例六提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0058]图15是本发明实施例七提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0059]图16是本发明实施例八提供的图形化衬底的剖面结构示意图；
[0060]图17是本发明实施例一提供的图形化衬底制作方法的流程图；
[0061]图18是本发明实施例三提供的图形化衬底制作方法的流程图；
[0062]图19是本发明实施例四提供的图形化衬底制作方法的流程图；
[0063]图20是本发明实施例六提供的图形化衬底制作方法的流程图；
[0064]图21?25是本发明LED结构制作过程中的剖面结构示意图；
[0065]图26是本发明形成独立发光半导体层时图形化衬底的转动示意图。
【具体实施方式】
[0066]如图21-25所示，本发明提供一种LED结构，包括:
[0067]图形化衬底1，所述图形化衬底I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；
[0068]形成于所述图形化衬底I上绝缘分离的若干周期性阵列排布的独立发光半导体层2，所述独立发光半导体层2包括依次层叠的N型半导体层210、有源层220和P型半导体层230，所述独立发光半导体层2具有贯穿所述P型半导体层230、有源层220和至少部分N型半导体层210的N区台面211 ；
[0069]形成于所述P型半导体层230上的第一电极310以及形成于所述N区台面211上的第二电极320,部分相邻的独立发光半导体层2上的第二电极320和第一电极310金属连接形成串联结构；以及
[0070]形成于所述P型半导体层230、N区台面211以及所述独立发光半导体层2暴露的侧壁上的钝化保护层4，所述串联结构中为首的独立发光半导体层2上的第一电极310和为尾的独立发光半导体层2上的第二电极320上的钝化保护层4具有引线孔。
[0071]进一步的，所述LED结构还包括形成于所述P型半导体层230上的扩展电极330，所述扩展电极330具有暴露部分P型半导体层230的开孔，所述第一电极310形成于所述扩展电极330的开孔处，所述扩展电极330为透明导电膜。所述LED结构还包括形成于所述图形化衬底I以及N型半导体层210之间的缓冲层和阻挡层。
[0072]下面结合图21?26详细说明本发明的LED结构及其制作方法。
[0073]首先，提供一图形化衬底1，可以采用如图8?9、图11?16所示的任意一种图形化衬底，下文以图9所示的图形化衬底为例进行详细介绍；
[0074]接着，如图21所示，通过MOCVD工艺，在图形化衬底I上形成绝缘分离的呈周期性阵列排布的独立发光半导体层2，所述独立发光半导体层2包括依次层叠的N型半导体层210、有源层220和P型半导体层230。
[0075]较佳的，如图26所示，通过MOCVD工艺形成独立发光半导体层2的过程中，图形化衬底I在MOCVD设备的承载盘的带动下公转的同时，还在进行高速自转，以形成表面平坦的独立发光半导体层2。
[0076]接着，如图22所示，通过常规光刻刻蚀工艺，在每个独立发光半导体层2上形成N区台面211，所述N区台面211贯穿所述P型半导体层230、有源层220和至少部分N型半导体层210。
[0077]优选方案中，如图23所示，通过蒸发、溅射或喷涂工艺在所述P型半导体层230上形成扩展电极330 ;并通过光刻腐蚀工艺对所述扩展电极330进行选择性腐蚀，形成开孔，暴露部分P型半导体层230。
[0078]接着，如图24所示，通过蒸发、溅射或喷涂工艺，在所述P型半导体层230的开孔处和N区台面211上分别形成第一电极310和第二电极320，并有选择地且同步地将部分相邻的独立发光半导体层2上的第二电极320和第一电极310电连接，形成串联结构。进一步的，所述第一电极310的尺寸大于扩展电极330的开孔，并将其完全覆盖。
[0079]接着，如图25所示，通过蒸发、溅射、PECVD或LPCVD工艺在所述扩展电极330和N区台面211上和独立发光半导体层2所有暴露的侧壁上形成钝化保护层4 ;并通过光刻刻蚀工艺对串联结构中为首的独立发光半导体层2上的第一电极310和为尾的独立发光半导体层2上第二电极320上的钝化保护层4进行开孔工艺形成引线孔，暴露出为首的独立发光半导体层2上第一电极310的部分区域和为尾的独立发光半导体层2上第二电极320的部分区域，以便于引线。
[0080]优选的，在通过蒸发、溅射、PECVD或LPCVD工艺在所述扩展电极330和N区台面211上和独立发光半导体层2所有暴露的侧壁上形成钝化保护层4的过程中，图形化衬底在承载盘的带动下公转的同时，还在进行高速自转(独立发光半导体层在做两种形式的公转)，有利于形成表面平坦的钝化保护层。
[0081]以下结合附图1?20和几个具体实施例对本发明的LED结构中图形化衬底结构及其制作方法作进一步详细说明。
[0082]实施例一
[0083]图1至图8为本实施例提供的图形化衬底制作过程中的剖面结构示意图，图17为本实施例的图形化衬底制作方法的流程图，下面结合图17与图1?8详细说明本发明具体实施例的形成图形化衬底的方法。
[0084]如图1所示，执行步骤Sll，提供一原始衬底100，所述原始衬底100可以为碳化硅(SiC)原始衬底，蓝宝石(A1203)原始衬底或者硅原始衬底。在本实施例中，采用蓝宝石衬
。
[0085]如图2所示，执行步骤S12，通过蒸发、溅射、喷涂、PECVD或LPCVD等工艺在所述原始衬底100上形成第一掩膜层110。优选的，通过PECVD工艺在原始衬底100表面形成第一掩膜层110,所述第一掩膜层110的材料优选为二氧化娃,其厚度优选为0.5μηι?3μηι。更优选的，所述原始衬底100表面上形成的二氧化硅的抗腐蚀能力由下至上逐渐减弱(即由下至上越来越不抗腐蚀)，这可以通过形成二氧化硅时的温度渐变和/或沉积速率渐变来实现，具体的，形成二氧化硅时的温度逐渐降低和/或沉积速率逐渐增大均可使得形成的二氧化硅的膜层越来越疏松，进而使其抗腐蚀能力由下至上逐渐减弱。可选的，在所述原始衬底上形成二氧化硅层中，所述二氧化硅层的沉积速度为从10埃/秒到100埃/秒递增，工艺温度为从800°C到200°C递减，以实现其抗腐蚀能力由下至上逐渐减弱。
[0086]如图3和图4所示，执行步骤S13，通过光刻工艺在所述第一掩膜层110上形成图形化的光刻胶层120，并以图形化的光刻胶层120为掩膜，对所述第一掩膜层110进行刻蚀，再去除图形化的光刻胶层120，形成图形化的第一掩膜层110’。本实施例中，该图形化的第一掩膜层110’为环状结构且其内部空间呈倒台状(平行于原始衬底表面的截面的面积由下至上逐渐增大)，本实施例中，所述图形化的第一掩膜层110’沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为三角形。利用稀释的氢氟酸(DHF)或缓冲氧化物刻蚀剂(BOE)进行湿法刻蚀，由于在原始衬底100上形成的二氧化硅的抗腐蚀能力由下至上逐渐减弱(即由下至上越来越不抗腐蚀)，因此可以控制二氧化硅横向的腐蚀速率和纵向的腐蚀速率，从而形成如图4所示的图形化的第一掩膜层110’。
[0087]如图5所示，执行步骤S14，以图形化的第一掩膜层110’为掩膜，对所述原始衬底100进行刻蚀，在原始衬底100表面形成若干周期性阵列排布的第一图形结构101。其中，所述第一图形结构101与原始衬底100表面无缝连接，且将原始衬底100表面分割成若干周期性阵列排布的矩形区域(如图10所示)，具体地说，所述第一图形结构101为矩形环状结构，并且，所述矩形环状结构平行于原始衬底表面的截面的面积由下至上逐渐减小，换言之，所述环状结构中间的凹陷区域100’呈倒矩形台状(平行于原始衬底表面的截面的面积由下至上逐渐增大)。本实施例中，所述矩形环状结构沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为下宽上窄的梯形。
[0088]本实施例中，形成第一图形结构101后，并不去除所述图形化的第一掩膜层110’，所述图形化的第一掩膜层110’作为第三图形结构存在于所述第一图形结构101之上。下文，将此步骤后的图形化的第一掩膜层110’称为第三图形结构103。
[0089]如图6所示，执行步骤S15，通过蒸发、溅射、喷涂、PECVD或LPCVD等工艺在原始衬底100、第一图形结构101以及第三图形结构103的上表面形成第二掩膜层130，所述第二掩膜层130的材料优选为二氧化硅，厚度优选为0.1 μ m-0.5 μ m。
[0090]如图7所示，执行步骤S16，通过光刻和湿法腐蚀工艺或干法刻蚀工艺对所述第二掩膜层130进行刻蚀，在第一图形结构101的内部空间的原始衬底100表面上形成图形化的第二掩膜层130’，S卩，在由第一图形结构101限定而成的凹槽底部形成图形化的第二掩膜层130’。
[0091]可选的，所述图形化的第二掩膜层130’通过如下方式形成:首先，在所述第二掩膜层130上形成第一光刻胶，所述第一光刻胶的顶面确保高于第三图形结构103的顶面；接着，对第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面上的第一光刻胶进行曝光，经过显影后，第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面上的第一光刻胶将被去除,暴露出第一图形结构101内部空间的原始衬底表面；接着,在第一图形结构101内部空间的原始衬底表面上形成第二光刻胶，所述第二光刻胶的厚度比第一光刻胶的厚度薄/小；接着，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第一图形结构101内部空间的原始衬底表面上的第二光刻胶，对所述第二光刻胶显影后，在所述第二光刻胶中形成纳米窗口阵列；接下来，以第二光刻胶为掩膜刻蚀第二掩膜层，由此便可在第一图形结构101内部空间的原始衬底表面上形成图形化的第二掩膜层130’。
[0092]如图8所示，执行步骤S17，以图形化的第二掩膜层130’为掩膜，对第一图形结构101内部空间的原始衬底100进行刻蚀，并去除图形化的第二掩膜层130’，从而在第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面形成若干第二图形结构102。具体地说，所述第二图形结构102与原始衬底100表面无缝连接，更具体地说，所述第二图形结构102为台状结构。优选方案中，形成若干第二图形结构102之后，采用带终点探测的干法刻蚀工艺去除图形化的第二掩膜层130’，因此，在去除图形化的第二掩膜层130’过程中第一图形结构101和第三图形结构103损失很小，能够较好的保持第一图形结构101和第三图形结构103的形貌。
[0093]本实施例还提供一种图形化衬底，参考图8，所述图形化衬底包括:
[0094]原始衬底100 ；
[0095]形成于原始衬底100上的若干周期性阵列排布的第一图形结构101，所述第一图形结构101为环状结构，所述环状结构平行于原始衬底100表面的截面的面积由下至上逐渐减小，即，第一图形结构101的内部空间呈倒台状；
[0096]形成于第一图形结构101内部空间的原始衬底100上的若干周期性阵列排布的第二图形结构102 ;以及
[0097]形成于所述第一图形结构101上的第三图形结构103。
[0098]如图8和图10，所述第一图形结构101为矩形环状结构，所述第一图形结构101沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为下宽上窄的梯形，相应的，所述矩形结构内部空间100’呈倒矩形台状。所述第二图形结构102为台状结构。所述第三图形结构103为矩形环状结构，本实施例中，所述第三图形结构103沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为三角形。
[0099]其中，第一图形结构101的高度是第二图形结构102的高度的3?4倍，第二图形结构102的数量是第一图形结构101数量的1500?5000倍，第三图形结构103的高度是第一图形结构101高度的1/2?1/3倍。
[0100]本实施例中，所述第一图形结构101和第二图形结构102通过刻蚀原始衬底100形成，所述第三图形结构103则是由刻蚀形成第一图形结构101所用的图形化的第一掩膜层110’形成，故而，所述原始衬底100、第一图形结构101和第二图形结构102的材质相同，例如均为碳化硅、蓝宝石或者硅，所述第三图形结构103的材料即为第一掩膜层的材料例如是二氧化硅。
[0101]实施例二
[0102]如图9所示，本实施例所提供的图形化衬底与实施例一所提供的图形化衬底的不同之处在于，第二图形结构102为锥状结构。
[0103]在本实施例所提供的LED结构的图形化衬底的制作方法中，在实施例一的基础上再额外进行预定时间的刻蚀(或者直接将步骤S17的刻蚀时间延长一些)，即可将第二图形结构102由台状结构转变为锥状结构。具体的工艺参数可以依据机台特点以及要形成的二氧化硅的厚度及抗腐蚀能力等要求通过有限次的实验获得。
[0104]其中，原始衬底100与第一图形结构101、第二图形结构102、第三图形结构103之间的位置关系与实施实例一相同，在此不再赘述。
[0105]实施例三
[0106]如图11所示，本实施例所提供的图形化衬底与实施例一和二所提供的图形化衬底的不同之处在于，第一图形结构101为矩形环状结构并且所述矩形环状结构沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为三角形，且并不形成若干第二图形结构102和第三图形结构103。
[0107]如图18所示，本实施例提供的LED结构的图形化衬底的制作方法，包括如下步骤:
[0108]步骤S31，提供一原始衬底100 ；
[0109]步骤S32，在所述原始衬底100上形成第一掩膜层110 ；
[0110]步骤S33，通过光刻工艺在所述第一掩膜层110上形成图形化的光刻胶层120，并以图形化的光刻胶层120为掩膜，对所述第一掩膜层110进行刻蚀，然后去除图形化的光刻胶层120，形成图形化的第一掩膜层110’ ；
[0111]步骤S34，以图形化的第一掩膜层110’为掩膜，对所述原始衬底100进行刻蚀，在原始衬底100表面形成若干周期性阵列排布的第一图形结构101，所述第一图形结构101为环状结构；
[0112]步骤S35，去除图形化的第一掩膜层110’ ；
[0113]步骤S36，继续对所述原始衬底100和第一图形结构101进行刻蚀(无掩膜刻蚀)，使矩形环状结构沿其每条边的宽度方向的纵截面为三角形，如此，如图11所示的图形化衬底仅包括第一图形结构101。
[0114]本实施例中步骤S31?S34与实施例一中Sll?S14相同(具体可参见图1至图5)，区别在于，本实施例中形成图5所示结构后直接去除图形化的第一掩膜层110’，然后继续刻蚀，从而形成如图11所示结构。
[0115]实施例四
[0116]如图12所示，本实施例在实施例三的基础上，形成若干第二图形结构102，所述第二图形结构102为台状结构。
[0117]如图19所示，本实施例提供的LED结构的图形化衬底的制作方法，包括如下步骤:
[0118]步骤S41，提供一原始衬底100 ；
[0119]步骤S42，在所述原始衬底100上形成第一掩膜层110 ；
[0120]步骤S43，通过光刻工艺在所述第一掩膜层110上形成图形化的光刻胶层120，并以图形化的光刻胶层120为掩膜，对所述第一掩膜层110进行刻蚀，然后去除图形化的光刻胶层120，形成图形化的第一掩膜层110’ ；
[0121]步骤S44，以图形化的第一掩膜层110’为掩膜，对所述原始衬底100进行刻蚀，在原始衬底100表面形成若干周期性阵列排布的第一图形结构101，所述第一图形结构101为矩形环状结构；
[0122]步骤S45，去除图形化的第一掩膜层110’ ；
[0123]步骤S46，继续对所述原始衬底100和第一图形结构101进行刻蚀，使矩形环状结构沿其每条边的宽度方向的纵截面为三角形；
[0124]步骤S47，在原始衬底100以及第一图形结构101表面形成第二掩膜层；
[0125]步骤S48，对所述第二掩膜层进行刻蚀，在第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面形成图形化的第二掩膜层；
[0126]步骤S49，以图形化的第二掩膜层为掩膜，对如图11所示原始衬底100进一步刻蚀，并去除图形化的第二掩膜层，在第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面形成若干第二图形结构102。
[0127]具体的，本实施例中步骤S41?S46与实施例三中S31?S36相同，区别在于，本实施例中形成图11所示结构后，还继续执行步骤S47?S49，从而形成若干第二图形结构102，本实施例中步骤S47?S49与实施例一中步骤S15?S17类似，在此不再赘述。
[0128]实施例五
[0129]如图13所示，本实施例所提供的图形化衬底与实施例四所提供的图形化衬底的不同之处在于，第二图形结构102为锥状结构。
[0130]在本实施例所提供的LED结构的图形化衬底的制作方法中，在实施例四的基础上再额外进行预定时间的刻蚀(或者直接将步骤S49的刻蚀时间延长一些)，即可将第二图形结构102由台状结构转变为锥状结构。具体的工艺参数可以依据机台特点以及要形成的二氧化硅的厚度及抗腐蚀能力等要求通过有限次的实验获得。
[0131]实施例六
[0132]如图14所示，本实施例与其它实施例的区别在于，所述第一图形结构101的材料与原始衬底100的材料不同，即，本实施例中，所述第一图形结构101并非是直接刻蚀所述原始衬底100而成，而是在平坦的原始衬底100上形成图形化的第一掩膜层，并将图形化的第一掩膜层作为第一图形结构101。
[0133]如图20所示，本实施例提供的LED结构的图形化衬底的制作方法，包括如下步骤:
[0134]步骤S61，提供一原始衬底100 ；
[0135]步骤S62，在所述原始衬底100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；
[0136]步骤S63，通过光刻工艺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，然后去除图形化的光刻胶层120，形成图形化的第一掩膜层。
[0137]本实施例中，将图形化的第一掩膜层作为第一图形结构101，所述第一图形结构101为矩形环状结构，并且所述矩形环状结构沿其每条边的宽度方向的纵截面(垂直于原始衬底表面的截面)为三角形，所述第一图形结构101可实现实施例一中的第一图形结构的作用，与实施例一的区别在于，其材质与原始衬底100有所不同。
[0138]本实施例中步骤S61?S63与实施例一中Sll?S13相似，仅是所形成的图形化的第一掩膜层尺寸有所不同，本实施例中所形成图形化的第一掩膜层实际上应与实施例三中的第一图形结构101的尺寸相同或相近。
[0139]实施例七
[0140]如图15所示，本实施例在实施例六的基础上，还可继续在第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面形成若干第二图形结构102，所述第二图形结构102为台状结构。
[0141]实施例八
[0142]如图16所示，本实施例在实施例六的基础上，还可继续在第一图形结构101内部空间的原始衬底100表面形成若干第二图形结构102，所述第二图形结构102为锥状结构。
[0143]如上所述，本发明的LED结构及其制作方法中，所述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，将所述图形化衬底结构用于高压芯片LED的制作时，所述环状结构相当于传统工艺中的隔离槽中的绝缘材料，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，而这些工艺步骤正是芯片制造端的技术瓶颈，所以本发明提供的LED结构及其制作方法解决了芯片制造端的技术难题；
[0144]其次，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，而切割工艺正是芯片制造端占据成本最高的工艺，因而本发明提供的LED结构及其制作方法降低了芯片制造端的制造成本，同时还降低了下游封装的成本；
[0145]再次，由于第一图形结构为环状结构且其内部空间呈倒台状，相应的所述独立发光半导体层的形状为倒台状，且上下表面的图形尺寸(或侧面角度)可根据图形化衬底的某一种图形的尺寸进行调节，突破了现有切割工艺只能制作出矩形柱状发光半导体的技术局限性，不仅如此，此种形状的发光半导体层能够在进一步提高亮度的同时，还可提高其轴向发光亮度；
[0146]接着，由于所述各个发光半导体层可以在形成电极的同时形成串联结构，所以本发明所提供的LED结构能够在较大电压下工作；由于串联结构可以电极同步形成，处于中间位置的管芯可以不受打线要求的束缚，所占据发光区的面积会更小，所以这又进一步提高了 LED的发光亮度；
[0147]总之，本发明所提供的图形化衬底结构不但解决了芯片制作端的技术瓶颈、节约了芯片制作端的制作成本，而且还提闻了 LED的晶体质量、大幅提闻了 LED的发光売度和其轴向发光亮度；本发明所提供的LED结构的图形化衬底的制作方法工艺原理简单、成本低廉，符合未来LED发展之方向,适于商业化大规模生产。
[0148]需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分描述的比较简单，相关之处互相参见即可。
[0149]此外，虽然已经通过示例性实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例性实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
【权利要求】
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.—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，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。
14.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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，图形化衬底在承载盘的带动下公转的同时还在进行自转。
15.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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。
16.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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。
17.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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M ； 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面的截面为梯形，将所述图形化的第一掩膜层保留作为第三图形结构。
18.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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包括: 在所述原始衬底上形成第一掩膜层； 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； 去除所述图形化的第一掩膜层； 继续对所述原始衬底和第一图形结构进行刻蚀，使所述第一图形结构沿其每条边的宽度方向的纵截面为三角形。
19.如权利要求13所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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M ； 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，将所述图形化的第一掩膜层作为第一图形结构。
20.如权利要求13至19中任意一项所述的LED结构的制作方法，其特征在于，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之后，还包括: 在所述第一图形结构内部空间的原始衬底表面形成若干周期性阵列排布的第二图形结构。
21.如权利要求20所述的LED结构的制作方法，其特征在于，所述第二图形结构为台状结构或锥状结构。
22.如权利要求13至19中任意一项所述的LED结构的制作方法，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。
【文档编号】H01L33/22GK104362236SQ201410632154
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】丁海生, 马新刚, 李东昇, 李芳芳, 江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司