Led結(jié)構(gòu)及其制作方法、發(fā)光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種LED結(jié)構(gòu)及其制作方法、發(fā)光方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從20世紀(jì)90年代初商業(yè)化以來，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，GaN基LED已被廣泛應(yīng)用于戶內(nèi)外顯示屏、投影顯示用照明光源、背光源、景觀亮化照明、廣告、交通指示等領(lǐng)域，并被譽(yù)為二十一世紀(jì)最有競爭力的新一代固體光源。近年來，在政府各種政策的激勵和推動下，各種為提高LED發(fā)光亮度的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，例如圖形化襯底技術(shù)、側(cè)壁粗化技術(shù)、DBR技術(shù)、優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)、在襯底或透明導(dǎo)電膜上制作二維光子晶體等。其中圖形化襯底技術(shù)最具成效，在2010年到2012年間，前后出現(xiàn)的錐狀結(jié)構(gòu)的干法圖形化襯底和金字塔形狀的濕法圖形化襯底完全取代了表面平坦的藍(lán)寶石襯底成為LED芯片的主流襯底，使LED的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光亮度都得到了革命性的提高。
[0003]半導(dǎo)體發(fā)光器件所發(fā)射的光的波長取決于所用的半導(dǎo)體材料的價帶電子和導(dǎo)帶電子之間的能量差的帶隙，GaN材料具有較寬的能帶帶隙(從0.SeV到6.2eV)，所以GaN基LED可通過在GaN外延有源層生長過程中摻入不同濃度的In、Al等元素來調(diào)節(jié)GaN基LED所發(fā)射的光的波長，實現(xiàn)GaN基LED的能量譜連續(xù)可調(diào)，所以在單色性、色純度、色飽和度等方面，GaN基LED可與激光相媲美。
[0004]然而與激光相比，現(xiàn)有的LED所發(fā)射的光的發(fā)散角遠(yuǎn)大于激光的發(fā)散角，即，激光在方向性上遠(yuǎn)好于LED，為了適應(yīng)LED在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，有必要設(shè)計一種能出射平行光的(即發(fā)光方向性好的)發(fā)光二極管(LED)，使其替代激光，而在相應(yīng)領(lǐng)域更好地發(fā)揮作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種LED結(jié)構(gòu)及其制作方法、發(fā)光方法，以解決現(xiàn)有的LED方向性較差的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種LED結(jié)構(gòu)制作方法，所述LED結(jié)構(gòu)制作方法包括:
[0007]提供第一襯底，所述第一襯底包括第一表面和第二表面，其中，所述第一表面和/或第二表面上具有多個凸形結(jié)構(gòu)，每個表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)組成凸面聚光體陣列；
[0008]在所述第一表面上順次形成N型層、有源層及P型層；
[0009]去除部分P型層、有源層及N型層，以形成N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)；
[0010]形成電流阻擋層，所述電流阻擋層覆蓋部分P型層以及N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，以在所述P型層上形成有效電極區(qū)陣列，其中，每個有效電極區(qū)的中心與一凸形結(jié)構(gòu)的中心相對應(yīng)；
[0011]形成電極層，所述電極層覆蓋所述電流阻擋層及有效電極區(qū)陣列，以在有源層中形成準(zhǔn)點光源陣列；
[0012]形成多個半球形支撐結(jié)構(gòu)，所述多個半球形支撐結(jié)構(gòu)露出部分電極層，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)覆蓋一準(zhǔn)點光源，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)的球心與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合；
[0013]形成反射層，所述反射層覆蓋多個半球形支撐結(jié)構(gòu)及露出的部分電極層；
[0014]在所述N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)中形成槽口結(jié)構(gòu)；
[0015]在所述反射層上形成P電極，在所述槽口結(jié)構(gòu)中形成N電極；
[0016]提供第二襯底，所述第二襯底包括P極區(qū)以及與所述P極區(qū)絕緣分離的N極區(qū)；
[0017]將所述P電極與所述P極區(qū)鍵合在一起，所述N電極與所述N極區(qū)鍵合在一起。
[0018]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法，當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嬷兄挥幸粋€表面上具有多個凸形結(jié)構(gòu)時，所述每個凸面聚光體的焦點與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合。
[0019]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嫔暇哂卸鄠€凸形結(jié)構(gòu)時，所述第二表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)與所述第一表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)組成雙凸面聚光體陣列，每個雙凸面聚光體的焦點與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合。
[0020]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，在提供第一襯底之后，在所述第一表面上順次形成N型層、有源層及P型層之前，還包括:
[0021]在所述第一表面上形成緩沖層。
[0022]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，在去除部分P型層、有源層及N型層，以形成N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)中，剩余的P型層、有源層及N型層形成“凸”字形結(jié)構(gòu)。
[0023]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述N型層去除部分的厚度為N型層厚度的 30%?70%。
[0024]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述電流阻擋層的材料為二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一種或多種組合。
[0025]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述電極層為透明導(dǎo)電層。
[0026]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述電極層的材料為鎳金合金和銦錫氧化物中的一種或多種組合。
[0027]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，形成多個半球形支撐結(jié)構(gòu)，多個半球形支撐結(jié)構(gòu)露出部分電極層，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)覆蓋一準(zhǔn)點光源，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)的球心與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合包括:
[0028]形成支撐材料層，所述支撐材料層覆蓋所述電極層、電流阻擋層及N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)；
[0029]對所述支撐材料層執(zhí)行拋光工藝；
[0030]在所述支撐材料層上形成圖形化光刻膠陣列，所述圖形化光刻膠陣列與所述有效電極區(qū)陣列對應(yīng)；
[0031]對所述圖形化光刻膠陣列執(zhí)行烘烤工藝，使得每個圖形化光刻膠的形狀為半球形；
[0032]對所述圖形化光刻膠陣列以及支撐材料層執(zhí)行同比刻蝕工藝，形成多個半球形支撐結(jié)構(gòu)。
[0033]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述支撐材料層的材料為二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一種或多種組合。
[0034]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述反射層的材料為銀。
[0035]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，在形成多個半球形支撐結(jié)構(gòu)之后，形成反射層之前，還包括:
[0036]形成歐姆接觸層，所述歐姆接觸層覆蓋多個半球形支撐結(jié)構(gòu)及露出的部分電極層O
[0037]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述歐姆接觸層的材料為鎳。
[0038]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述P電極及N電極均包括:歐姆接觸層、位于所述歐姆接觸層上的防擴(kuò)散層及位于所述防擴(kuò)散層上的電極功能層。
[0039]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，所述歐姆接觸層的材料為鎳和鉻中的至少一種；所述防擴(kuò)散層的材料為鈦、鉑和鎳中的至少一種；所述電極功能層的材料為鋁、金和銅中的至少一種。
[0040]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)制作方法中，將所述P電極與所述P極區(qū)鍵合在一起，所述N電極與所述N極區(qū)鍵合在一起時，所述P電極與所述P極區(qū)之間形成有種晶層，所述N電極與所述N極區(qū)之間形成有種晶層。
[0041 ] 本發(fā)明還提供一種LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括:
[0042]第一襯底，所述第一襯底包括第一表面和第二表面，其中，所述第一表面和/或第二表面上具有多個凸形結(jié)構(gòu)，每個表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)組成凸面聚光體陣列；
[0043]所述第一表面上形成有N型層、有源層、P型層及N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)；
[0044]電流阻擋層，所述電流阻擋層覆蓋部分P型層以及N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，以在所述P型層上形成了有效電極區(qū)陣列；
[0045]電極層，所述電極層覆蓋所述電流阻擋層及有效電極區(qū)陣列，以在有源層中形成了準(zhǔn)點光源陣列，每個準(zhǔn)點光源與對應(yīng)的一凸面聚光體的焦點重合；
[0046]多個半球形支撐結(jié)構(gòu)，所述多個半球形支撐結(jié)構(gòu)露出部分電極層，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)覆蓋一準(zhǔn)點光源，每個半球形支撐結(jié)構(gòu)的球心與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合；
[0047]反射層，所述反射層覆蓋多個半球形支撐結(jié)構(gòu)及露出的部分電極層；
[0048]槽口結(jié)構(gòu)，所述槽口結(jié)構(gòu)位于所述N區(qū)臺面結(jié)構(gòu)中；
[0049]位于所述反射層上的P電極，位于所述槽口結(jié)構(gòu)中的N電極；
[0050]第二襯底，所述第二襯底包括P極區(qū)以及與所述P極區(qū)絕緣分離的N極區(qū)；其中，所述P電極與所述P極區(qū)鍵合在一起，所述N電極與所述N極區(qū)鍵合在一起。
[0051]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嬷兄挥幸粋€表面上具有多個凸形結(jié)構(gòu)時，所述每個凸面聚光體的焦點與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合。
[0052]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)谝槐砻婧偷诙砻嫔暇哂卸鄠€凸形結(jié)構(gòu)時，所述第二表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)與所述第一表面上的多個凸形結(jié)構(gòu)組成雙凸面聚光體陣列，每個雙凸面聚光體的焦點與對應(yīng)的一準(zhǔn)點光源重合。
[0053]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，在所述第一表面及N型層之間還形成有緩沖層。
[0054]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述P型層、有源層及N型層形成“凸”字形結(jié)構(gòu)。
[0055]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述電流阻擋層的材料為二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一種或多種組合。
[0056]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述電極層為透明導(dǎo)電層。
[0057]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述電極層的材料為鎳金合金和銦錫氧化物中的一種或多種組合。
[0058]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述支撐材料層的材料為二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一種或多種組合。
[0059]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述反射層的材料為銀。
[0060]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，還包括歐姆接觸層，所述歐姆接觸層覆蓋多個半球形支撐結(jié)構(gòu)及露出的部分電極層。
[0061]可選的，在所述的LED結(jié)構(gòu)中，所述歐姆接觸層的材料為鎳。