CN104835884B - Led结构及其制作方法、发光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED结构及其制作方法、发光方法，通过位于半球形支撑结构上的反射层以及凸面聚光体阵列的共同作用，能够出射平行光，从而使得LED具有较好的方向性，能够在某些领域替代激光更好地发挥作用。进一步的，通过第一衬底上的多个凸形结构能够提高LED的晶体质量和发光效率。此外，本发明提供的所述LED结构制作方法工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。

Description

LED结构及其制作方法、发光方法

技术领域

本发明涉及半导体光电芯片制造技术领域，特别涉及一种LED结构及其制作方法、发光方法。

背景技术

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。近年来，在政府各种政策的激励和推动下，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芯片的主流衬底，使LED的晶体结构和发光亮度都得到了革命性的提高。

半导体发光器件所发射的光的波长取决于所用的半导体材料的价带电子和导带电子之间的能量差的带隙，GaN材料具有较宽的能带带隙(从0.8eV到6.2eV)，所以GaN基LED可通过在GaN外延有源层生长过程中掺入不同浓度的In、Al等元素来调节GaN基LED所发射的光的波长，实现GaN基LED的能量谱连续可调，所以在单色性、色纯度、色饱和度等方面，GaN基LED可与激光相媲美。

然而与激光相比，现有的LED所发射的光的发散角远大于激光的发散角，即，激光在方向性上远好于LED，为了适应LED在不同领域的应用，有必要设计一种能出射平行光的(即发光方向性好的)发光二极管(LED)，使其替代激光，而在相应领域更好地发挥作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED结构及其制作方法、发光方法，以解决现有的LED方向性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种LED结构制作方法，所述LED结构制作方法包括：

提供第一衬底，所述第一衬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个凸形结构，每个表面上的多个凸形结构组成凸面聚光体阵列；

在所述第一表面上顺次形成N型层、有源层及P型层；

去除部分P型层、有源层及N型层，以形成N区台面结构；

形成电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分P型层以及N区台面结构的侧壁，以在所述P型层上形成有效电极区阵列，其中，每个有效电极区的中心与一凸形结构的中心相对应；

形成电极层，所述电极层覆盖所述电流阻挡层及有效电极区阵列，以在有源层中形成准点光源阵列；

形成多个半球形支撑结构，所述多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合；

形成反射层，所述反射层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层；

在所述N区台面结构中形成槽口结构；

在所述反射层上形成P电极，在所述槽口结构中形成N电极；

提供第二衬底，所述第二衬底包括P极区以及与所述P极区绝缘分离的N极区；

将所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起。

可选的，在所述的LED结构制作方法，当第一表面和第二表面中只有一个表面上具有多个凸形结构时，所述每个凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源重合。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，当第一表面和第二表面上均具有多个凸形结构时，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构组成双凸面聚光体阵列，每个双凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源重合。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，在提供第一衬底之后，在所述第一表面上顺次形成N型层、有源层及P型层之前，还包括：

在所述第一表面上形成缓冲层。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，在去除部分P型层、有源层及N型层，以形成N区台面结构中，剩余的P型层、有源层及N型层形成“凸”字形结构。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述N型层去除部分的厚度为N型层厚度的30％～70％。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述电流阻挡层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述电极层为透明导电层。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述电极层的材料为镍金合金和铟锡氧化物中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，形成多个半球形支撑结构，多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合包括：

形成支撑材料层，所述支撑材料层覆盖所述电极层、电流阻挡层及N区台面结构；

对所述支撑材料层执行抛光工艺；

在所述支撑材料层上形成图形化光刻胶阵列，所述图形化光刻胶阵列与所述有效电极区阵列对应；

对所述图形化光刻胶阵列执行烘烤工艺，使得每个图形化光刻胶的形状为半球形；

对所述图形化光刻胶阵列以及支撑材料层执行同比刻蚀工艺，形成多个半球形支撑结构。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述支撑材料层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述反射层的材料为银。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，在形成多个半球形支撑结构之后，形成反射层之前，还包括：

形成欧姆接触层，所述欧姆接触层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述欧姆接触层的材料为镍。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述P电极及N电极均包括：欧姆接触层、位于所述欧姆接触层上的防扩散层及位于所述防扩散层上的电极功能层。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，所述欧姆接触层的材料为镍和铬中的至少一种；所述防扩散层的材料为钛、铂和镍中的至少一种；所述电极功能层的材料为铝、金和铜中的至少一种。

可选的，在所述的LED结构制作方法中，将所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起时，所述P电极与所述P极区之间形成有种晶层，所述N电极与所述N极区之间形成有种晶层。

本发明还提供一种LED结构，所述LED结构包括：

第一衬底，所述第一衬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个凸形结构，每个表面上的多个凸形结构组成凸面聚光体阵列；

所述第一表面上形成有N型层、有源层、P型层及N区台面结构；

电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分P型层以及N区台面结构的侧壁，以在所述P型层上形成了有效电极区阵列；

电极层，所述电极层覆盖所述电流阻挡层及有效电极区阵列，以在有源层中形成了准点光源阵列，每个准点光源与对应的一凸面聚光体的焦点重合；

多个半球形支撑结构，所述多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合；

反射层，所述反射层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层；

槽口结构，所述槽口结构位于所述N区台面结构中；

位于所述反射层上的P电极，位于所述槽口结构中的N电极；

第二衬底，所述第二衬底包括P极区以及与所述P极区绝缘分离的N极区；其中，所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起。

可选的，在所述的LED结构，当第一表面和第二表面中只有一个表面上具有多个凸形结构时，所述每个凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源重合。

可选的，在所述的LED结构中，当第一表面和第二表面上均具有多个凸形结构时，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构组成双凸面聚光体阵列，每个双凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源重合。

可选的，在所述的LED结构中，在所述第一表面及N型层之间还形成有缓冲层。

可选的，在所述的LED结构中，所述P型层、有源层及N型层形成“凸”字形结构。

可选的，在所述的LED结构中，所述电流阻挡层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构中，所述电极层为透明导电层。

可选的，在所述的LED结构中，所述电极层的材料为镍金合金和铟锡氧化物中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构中，所述支撑材料层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

可选的，在所述的LED结构中，所述反射层的材料为银。

可选的，在所述的LED结构中，还包括欧姆接触层，所述欧姆接触层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层。

可选的，在所述的LED结构中，所述欧姆接触层的材料为镍。

可选的，在所述的LED结构中，所述P电极及N电极均包括：欧姆接触层、位于所述欧姆接触层上的防扩散层及位于所述防扩散层上的电极功能层。

可选的，在所述的LED结构中，所述欧姆接触层的材料为镍和铬中的至少一种；所述防扩散层的材料为钛、铂和镍中的至少一种；所述电极功能层的材料为铝、金和铜中的至少一种。

可选的，在所述的LED结构中，所述P电极与所述P极区之间形成有种晶层，所述N电极与所述N极区之间形成有种晶层。

本发明还提供一种上述LED结构的发光方法，包括：

将P极区接入正向电压、N极区接入负向电压；

在电压的作用下，带正电的空穴通过所述P极区进入P电极，再由所述P电极进入反射层，由所述反射层进入电极层，在所述电极层中横向扩散，通过有效电极区进入P型层，再垂直进入所述有源层；

电子通过所述N极区进入N电极，再进入N型层，在所述N型层中横向扩展，进入所述有源层和空穴在准点光源处相遇复合，产生光子，以准点光源阵列为中心，全方位发光；

其中，直接射向凸面聚光体阵列的光，在所述凸面聚光体阵列的作用下，以平行光方式出射；通过半球状支撑结构传播到所述反射层的光线，在所述反射层的反射作用下，沿原路返回，通过所述准点光源后继续传播到所述凸面聚光体阵列，在所述凸面聚光体阵列的作用下，以平行光方式出射。

在本发明提供的LED结构及其制作方法、发光方法中，通过位于半球形支撑结构上的反射层以及凸面聚光体阵列的共同作用，能够出射平行光，从而使得LED具有较好的方向性，能够在某些领域替代激光更好地发挥作用。进一步的，通过第一衬底上的多个凸形结构能够提高LED的晶体质量和发光效率。此外，本发明提供的所述LED结构制作方法工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例的LED结构制作方法的流程示意图；

图2～图13是本发明实施例的LED结构制作方法中所形成的器件结构的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED结构及其制作方法、发光方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在本发明提供的LED结构及其制作方法、发光方法中，所使用的第一衬底可以是仅第一表面上具有多个凸形结构、也可以是仅第二表面上具有多个凸形结构、还可以是第一表面及第二表面上均具有多个凸形结构。通过第一衬底的第一表面和/或第二表面上具有多个凸形结构可以使得LED结构出射平行光，从而使得LED具有较好的方向性。优选的，当第一表面及第二表面上均具有多个凸形结构时，能够最佳的实现LED结构出射平行光，使得LED具有较好的方向性。因此，在本申请接下去的描述中，将重点介绍第一衬底的第一表面和第二表面上均具有多个凸形结构的情况。

请参考图1，其为本发明实施例的LED结构制作方法的流程示意图。如图1所示，所述LED结构制作方法包括：

步骤S100：提供第一衬底，所述第一衬底的第一表面上具有多个凸形结构；

步骤S102：在所述第一表面上顺次形成N型层、有源层及P型层；

步骤S104：去除部分P型层、有源层及N型层，以形成N区台面结构；

步骤S106：形成电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分P型层以及N区台面结构的侧壁，以在所述P型层上形成有效电极区阵列，其中，每个有效电极区的中心与一凸形结构的中心相对应；

步骤S108：形成电极层，所述电极层覆盖所述电流阻挡层及有效电极区阵列，以在有源层中形成准点光源阵列；

步骤S110：形成多个半球形支撑结构，所述多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合；

步骤S112：形成反射层，所述反射层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层；

步骤S114：在所述N区台面结构中形成槽口结构；

步骤S116：在所述反射层上形成P电极，在所述槽口结构中形成N电极；

步骤S118：提供第二衬底，所述第二衬底包括P极区以及与所述P极区绝缘分离的N极区；

步骤S120：将所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起；

步骤S122：在所述第一衬底的第二表面上形成多个凸形结构，其中，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构组成双凸面聚光体阵列，每个双凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源重合。

具体的，请参考图2～图13，其为本发明实施例的LED结构制作方法中所形成的器件结构的剖面示意图。

如图2所示，提供第一衬底20，所述第一衬底20的第一表面上具有多个凸形结构。优选的，所述第一衬底20为蓝宝石衬底。

接着，如图3所示，在所述第一表面上顺次形成N型层22、有源层24及P型层26。优选的，在所述第一表面上顺次形成N型层22、有源层24及P型层26之前，先在所述第一表面上形成缓冲层。通过所述缓冲层可以平坦化所述第一衬底20的第一表面，从而便于后续的N型层22、有源层24及P型层26形成。

如图4a所示，去除部分P型层26、有源层24及N型层22，以形成N区台面结构28。在本申请实施例中，通过刻蚀工艺去除部分P型层26、有源层24及N型层22。其中，所述N型层22去除部分的厚度为N型层22厚度的30％～70％。即所述N区台面结构28的底壁由N型层22组成，所述N区台面结构28的侧壁由P型层26、有源层24及N型层22组成。进一步的，在去除部分P型层26、有源层24及N型层22，以形成N区台面结构28中，剩余的P型层26、有源层24及N型层22形成“凸”字形结构。

进一步的，可参考图4b，其为图4a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图4b中，N区台面结构28由带线条的图案加以标示。根据图4b所示，可知在此第一衬底20为长方(体)形结构，在本申请的其他实施例中，所述第一衬底20也可以为其他形状的结构，对此本申请并不做限定。在本申请实施例中，通过图4b，以更好地示出所述N区台面结构28的形状。

接着，请参考图5b，形成电流阻挡层32，所述电流阻挡层32覆盖部分P型层26以及N区台面结构28的侧壁，以在所述P形层上形成有效电极区阵列，其中，每个有效电极区34的中心与一凸形结构的中心相对应。优选的，所述电流阻挡层32的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

所述电流阻挡层32的具体形成方法可进一步参考图5a。如图5a所示，先形成一绝缘材料层30，所述绝缘材料层30覆盖所述P型层26以及N区台面结构28；接着，对所述绝缘材料层30执行光刻以及刻蚀工艺，可以是干法刻蚀工艺，也可以是湿法刻蚀/腐蚀工艺，去除所述N区台面结构28的底壁上的部分绝缘材料层30以及周期性阵列去除P型层26上的部分绝缘材料层30，从而保留了N区台面结构28的侧壁上的部分绝缘材料层30以及周期性阵列的保留了P型层26上的部分绝缘材料层30。

接着，可相应参考图5b，在此，所述P型层26上被周期性阵列地去除绝缘材料层30的区域为有效电极区34，所述P型层26上被周期性阵列地保留的绝缘材料层30的区域为电流阻挡区，所述P型层26上被保留的绝缘材料层30即为电流阻挡层32。

进一步的，可相应参考图5c，其为图5b所示的器件结构的俯视示意图，为了标示图5b中部分结构之间的关系，在此通过图5c加以说明。此外，为了便于区分，在图5c中，N区台面结构28、覆盖N区台面结构28的侧壁的电流阻挡层32、覆盖部分P型层26的电流阻挡层32均通过不同的带线条的图案加以标示；同时，有效电极区阵列的数量以及相邻两个有效电极区34之间的距离也与图5b中所示出的不相同。通过图5c需要说明的是，第一衬底20的第一表面的凸形结构以及P型层26表面的有效电极区34的尺寸都是微米量级的，被N区台面结构28所包围的P型层26上的有效电极区34的数量有成百上千个或成千上万个，为了方便说明，说明书附图都采用非精准的比例和个数来绘制。

接着，请参考图6，形成电极层36，所述电极层36覆盖所述电流阻挡层32及有效电极区阵列，以在有源层中形成准点光源阵列。即在此，通过所述电极层36及电流阻挡层32的共同作用，将在有效电极区阵列的正下方、有源层24的中位面位置处自然形成准点光源阵列(图6中未示出，将在图13a中示出)。优选的，所述电极层36为透明导电层，例如，所述电极层36的材料为镍金合金和铟锡氧化物中的一种或多种组合。进一步的，所述电极层36可通过蒸发、溅射工艺，再结合金属剥离工艺形成，对此本申请不再赘述。

如图7e所示，接着，形成多个半球形支撑结构44，所述多个半球形支撑结构44露出部分电极层36，每个半球形支撑结构44覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构44的球心与对应的一准点光源重合。

多个半球形支撑结构44的具体形成方法可进一步参考图7a～图7d。

首先，如图7a所示，形成支撑材料层38，所述支撑材料层38覆盖所述电极层36、电流阻挡层32及N区台面结构28。优选的，所述支撑材料层38的材料为绝缘透明材料，例如，所述支撑材料层38的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。在本申请实施例中，所述支撑材料层38可通过LPCVD工艺、PECVD工艺、溅射工艺或者蒸发工艺形成。

接着，如图7b所示，对所述支撑材料层38执行抛光工艺，使得所述电极层36和电流阻挡层32表面的支撑材料层38平坦化。

如图7c所示，在所述支撑材料层38上形成图形化光刻胶40阵列，所述图形化光刻胶40阵列与所述有效电极区34阵列对应。在本申请实施例中，每个图形化光刻胶40所占的区域(即截面宽度)大于相应的有效电极区34所占的区域(即截面宽度)。进一步的，为了工艺的简便以及后续工艺的需要，形成所述图形化光刻胶40阵列的同时，在N区台面结构28上的支撑材料层38上形成光刻胶42。

接着，如图7d所示，对所述图形化光刻胶40阵列执行烘烤工艺，使得每个图形化光刻胶40的形状为半球形。在此，同时对光刻胶42执行烘烤工艺，使得光刻胶42的上表面成为圆弧形表面。

接着，对所述图形化光刻胶40以及支撑材料层38执行同比刻蚀工艺，从而形成多个半球形支撑结构44，对此可相应参考图7e。多个半球形支撑结构44露出部分电极层36，每个半球形支撑结构44覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构44的球心与对应的一准点光源重合。在此过程中，由于工艺特性，光刻胶42也将被部分去除，厚度发生减薄，对此本申请并不做限定。

请参考图8，在本申请实施例中，接着，形成反射层46，所述反射层46覆盖多个半球形支撑结构44及露出的部分电极层36。优选的，所述反射层46的材料为银。进一步的，在形成所述反射层46之前，可先形成欧姆接触层，所述欧姆接触层覆盖多个半球形支撑结构44及露出的部分电极层36；接着，在所述欧姆接触层上形成反射层46。优选的，所述欧姆接触层的材料为镍。通过所述欧姆接触层能够提高准点光源阵列的发光效率。

接着，如图9所示，在所述N区台面结构28中形成槽口结构48。具体的，通过光刻和干法刻蚀工艺将N区台面结构28中的支撑材料层38开槽至N区台面结构28的底壁，并且去除支撑材料层38上的光刻胶42，从而形成槽口结构48。

接着，如图10所示，在所述反射层46上形成P电极50，在所述槽口结构48中形成N电极52。在本申请实施例中，所述P电极50和N电极52同时形成，即通过同一工艺步骤形成。优选的，所述P电极50和N电极52均包括：欧姆接触层、位于所述欧姆接触层上的防扩散层及位于所述防扩散层上的电极功能层。其中，所述欧姆接触层的材料为镍和铬中的至少一种；所述防扩散层的材料为钛、铂和镍中的至少一种；所述电极功能层的材料为铝、金和铜中的至少一种。

请参考图11a，接着，提供第二衬底54，所述第二衬底54包括P极区540以及与所述P极区540绝缘分离的N极区542。具体的，所述P极区540与N极区542之间可设置有绝缘层，从而实现所述P极区540与N极区542的绝缘分离。

相应的，可参考图11b，其为图11a所示的器件结构的俯视图，为了便于区分，在图11b中，绝缘隔离所述P极区540和N极区542的绝缘层由带线条的图案加以标示。根据图11b所示，可以更清楚的看到P极区540和N极区542之间的位置关系。具体的，N极区542包围P极区540，N极区542与P极区540之间通过一绝缘层加以隔离，N极区542还被一绝缘层包围，从而能够保护所述N极区542。

接着，请参考图12，将所述P电极50与所述P极区540键合在一起，所述N电极52与所述N极区542键合在一起。在本申请实施例中，将所述P电极50与所述P极区540键合在一起，所述N电极52与所述N极区542键合在一起时，所述P电极50与所述P极区540之间形成有种晶层，所述N电极52与所述N极区542之间形成有种晶层。即在将所述P电极50与所述P极区540键合在一起，所述N电极52与所述N极区542键合在一起之前，可以在所述P电极50以及N电极52上形成种晶层；或者在所述P极区540以及N极区542上形成种晶层，从而使得所述P电极50与所述P极区540，所述N电极52与所述N极区542更好的键合在一起。

请继续参考图10和图12，根据图10所示可知，P电极50的表面具有凸起，在将所述P电极50与所述P极区540键合在一起的过程中，所述凸起也将随之消失，从而在图12中，将形成一个平整的键合面。

接着，如图13a所示，在所述第一衬底20的第二表面上形成多个凸形结构，其中，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构组成双凸面聚光体阵列，每个双凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源56重合。具体的，可先对所述第一衬底20的第二表面执行抛光工艺，以将所述第一衬底20减薄至所需的厚度；接着，对所述第一衬底20的第二表面执行光刻和刻蚀工艺，以在所述第一衬底20的第二表面上形成多个凸形结构。在此，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构一一对应，组成多个凸形结构对，每个凸形结构对组成一双凸面聚光体，每个双凸面聚光体的焦点与对应的一准点光源56重合。

相应的，请参考图13b，在图13b中，示出了光线的发射方式。具体的，P极区540接入正向电压、N极区542接入负向电压后；带正电的空穴开始通过P极区540进入P电极50；再由P电极50进入反射层46；再由反射层46进入电极层36；而后空穴开始在电极层36中横向扩散，在有电流阻挡层32的区域空穴不能纵向进入P型层26，所以空穴只能往有效电极区移动，通过有效电极区进入P型层26，再进入有源层24。由于空穴走最短路径，所以空穴垂直进入有源层24。同时电子也通过N极区542进入N电极52，再进入N型层22，并在N型层22中横向扩展，最终进入有源层24和空穴相遇复合，产生光能。因此，也就相当于有源层24中设有准点光源阵列，各准点光源全方位发光。而由于半球形支撑结构44是透明的，所以光可以透过多个半球形支撑结构44，并传播到反射层46，由于准点光源位于半球形支撑结构44的球心处(每个半球形支撑结构的球心与一准点光源重合)，所以反射光将沿原路返回。又由于每个准点光源位于一双凸面聚光体的焦点上，所以其所发射的光经过双凸面聚光体后会变成平行光出射。

相应的，本实施例还提供了一种LED结构，主要请参考图13a，相应的可参考图2～图12。所述LED结构包括：

第一衬底20，所述第一衬底20的第一表面及第二表面上均具有多个凸形结构，所述第二表面上的多个凸形结构与所述第一表面上的多个凸形结构组成双凸面聚光体阵列；

所述第一表面上顺次形成有N型层22、有源层24、P型层26及N区台面结构28；

电流阻挡层32，所述电流阻挡层32覆盖部分P型层26以及N区台面结构28的侧壁，以在所述P型层上形成了有效电极区34阵列；

电极层36，所述电极层36覆盖所述电流阻挡层32及有效电极区34阵列，以在有源层24中形成了准点光源阵列，每个准点光源与对应的一双凸面聚光体的焦点重合；

多个半球形支撑结构44，所述多个半球形支撑结构44露出部分电极层36，每个半球形支撑结构44覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构44的球心与对应的一准点光源重合；

反射层46，所述反射层46覆盖多个半球形支撑结构44及露出的部分电极层36；

槽口结构48，所述槽口结构48位于所述N区台面结构28中；

位于所述反射层46上的P电极50，位于所述槽口结构48中的N电极52；

第二衬底54，所述第二衬底54包括P极区540以及与所述P极区540绝缘分离的N极区542；其中，所述P电极50与所述P极区540键合在一起，所述N电极52与所述N极区542键合在一起。

综上所述，在本发明实施例提供的LED结构及其制作方法中，通过位于半球形支撑结构上的反射层以及双凸面聚光体阵列的共同作用，能够出射平行光，从而使得LED具有较好的方向性，能够在某些领域替代激光更好地发挥作用。进一步的，通过第一衬底上的多个凸形结构能够提高LED的晶体质量和发光效率。此外，本发明提供的所述LED结构制作方法工艺简单、成本低廉、适于大规模商业化生产。

上文描述了使用第一表面和第二表面上均具有多个凸形结构的第一衬底制作LED结构的方法以及所得到的LED结构。其中，为了保证工艺和产品的可靠性，所述第一衬底的第二表面上的多个凸形结构在工艺的最后形成，即在将P电极与P极区键合在一起，N电极与N极区键合在一起之后，再形成第二表面上的多个凸形结构，由此可以避免第二表面上的多个凸形结构在键合过程中受到损伤，以保证出射平行光的质量。

在本申请的其他实施例中，当采用仅第一表面上具有多个凸形结构的第一衬底时，在制作LED的过程中，可以省略最后在第二表面上形成多个凸形结构的步骤；而当采用仅第二表面上具有多个凸形结构的第一衬底时，初始便不需要在第一衬底的第一表面上形成多个凸形结构。其余步骤可相应参考上述描述，本申请对此不再赘述。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (29)

1.一种LED结构制作方法，其特征在于，包括：

提供第一衬底，所述第一衬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个凸形结构，每个表面上的多个凸形结构组成凸面聚光体阵列；

在所述第一表面上顺次形成N型层、有源层及P型层；

去除部分P型层、有源层及N型层，以形成N区台面结构；

形成电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分P型层以及N区台面结构的侧壁，以在所述P型层上形成有效电极区阵列，其中，每个有效电极区的中心与一凸形结构的中心相对应；

形成电极层，所述电极层覆盖所述电流阻挡层及有效电极区阵列，以在有源层中形成准点光源阵列，每个准点光源与对应的一凸面聚光体的焦点重合；

形成多个半球形支撑结构，所述多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合；

形成反射层，所述反射层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层；

在所述N区台面结构中形成槽口结构；

在所述反射层上形成P电极，在所述槽口结构中形成N电极；

提供第二衬底，所述第二衬底包括P极区以及与所述P极区绝缘分离的N极区；

将所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起。

2.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，在提供第一衬底之后，在所述第一表面上顺次形成N型层、有源层及P型层之前，还包括：

在所述第一表面上形成缓冲层。

3.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，在去除部分P型层、有源层及N型层，以形成N区台面结构中，剩余的P型层、有源层及N型层形成“凸”字形结构。

4.如权利要求3所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述N型层去除部分的厚度为N型层厚度的30％～70％。

5.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述电流阻挡层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

6.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述电极层为透明导电层。

7.如权利要求6所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述电极层的材料为镍金合金和铟锡氧化物中的一种或多种组合。

8.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，形成多个半球形支撑结构，多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合包括：

形成支撑材料层，所述支撑材料层覆盖所述电极层、电流阻挡层及N区台面结构；

对所述支撑材料层执行抛光工艺；

在所述支撑材料层上形成图形化光刻胶阵列，所述图形化光刻胶阵列与所述有效电极区阵列对应；

对所述图形化光刻胶阵列执行烘烤工艺，使得每个图形化光刻胶的形状为半球形；

对所述图形化光刻胶阵列以及支撑材料层执行同比刻蚀工艺，形成多个半球形支撑结构。

9.如权利要求8所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述支撑材料层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

10.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述反射层的材料为银。

11.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，在形成多个半球形支撑结构之后，形成反射层之前，还包括：

形成欧姆接触层，所述欧姆接触层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层。

12.如权利要求11所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述欧姆接触层的材料为镍。

13.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述P电极及N电极均包括：欧姆接触层、位于所述欧姆接触层上的防扩散层及位于所述防扩散层上的电极功能层。

14.如权利要求13所述的LED结构制作方法，其特征在于，所述欧姆接触层的材料为镍和铬中的至少一种；所述防扩散层的材料为钛、铂和镍中的至少一种；所述电极功能层的材料为铝、金和铜中的至少一种。

15.如权利要求1所述的LED结构制作方法，其特征在于，将所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起时，所述P电极与所述P极区之间形成有种晶层，所述N电极与所述N极区之间形成有种晶层。

16.一种LED结构，其特征在于，包括：

第一衬底，所述第一衬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个凸形结构，每个表面上的多个凸形结构组成凸面聚光体阵列；

所述第一表面上形成有N型层、有源层、P型层及N区台面结构；

电流阻挡层，所述电流阻挡层覆盖部分P型层以及N区台面结构的侧壁，以在所述P型层上形成了有效电极区阵列；

电极层，所述电极层覆盖所述电流阻挡层及有效电极区阵列，以在有源层中形成了准点光源阵列，每个准点光源与对应的一凸面聚光体的焦点重合；

多个半球形支撑结构，所述多个半球形支撑结构露出部分电极层，每个半球形支撑结构覆盖一准点光源，每个半球形支撑结构的球心与对应的一准点光源重合；

反射层，所述反射层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层；

槽口结构，所述槽口结构位于所述N区台面结构中；

位于所述反射层上的P电极，位于所述槽口结构中的N电极；

第二衬底，所述第二衬底包括P极区以及与所述P极区绝缘分离的N极区；其中，所述P电极与所述P极区键合在一起，所述N电极与所述N极区键合在一起。

17.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，在所述第一表面及N型层之间还形成有缓冲层。

18.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述P型层、有源层及N型层形成“凸”字形结构。

19.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述电流阻挡层的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

20.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述电极层为透明导电层。

21.如权利要求20所述的LED结构，其特征在于，所述电极层的材料为镍金合金和铟锡氧化物中的一种或多种组合。

22.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述半球形支撑结构的材料为二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的一种或多种组合。

23.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述反射层的材料为银。

24.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，还包括欧姆接触层，所述欧姆接触层覆盖多个半球形支撑结构及露出的部分电极层。

25.如权利要求24所述的LED结构，其特征在于，所述欧姆接触层的材料为镍。

26.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述P电极及N电极均包括：欧姆接触层、位于所述欧姆接触层上的防扩散层及位于所述防扩散层上的电极功能层。

27.如权利要求26所述的LED结构，其特征在于，所述欧姆接触层的材料为镍和铬中的至少一种；所述防扩散层的材料为钛、铂和镍中的至少一种；所述电极功能层的材料为铝、金和铜中的至少一种。

28.如权利要求16所述的LED结构，其特征在于，所述P电极与所述P极区之间形成有种晶层，所述N电极与所述N极区之间形成有种晶层。

29.一种如权利要求16～28中任一项所述的LED结构的发光方法，其特征在于，包括：

将P极区接入正向电压、N极区接入负向电压；

在电压的作用下，带正电的空穴通过所述P极区进入P电极，再由所述P电极进入反射层，由所述反射层进入电极层，在所述电极层中横向扩散，通过有效电极区进入P型层，再垂直进入所述有源层；

电子通过所述N极区进入N电极，再进入N型层，在所述N型层中横向扩展，进入所述有源层和空穴在准点光源处相遇复合，产生光子，以准点光源阵列为中心，全方位发光；

其中，直接射向凸面聚光体阵列的光，在所述凸面聚光体阵列的作用下，以平行光方式出射；通过半球状支撑结构传播到所述反射层的光线，在所述反射层的反射作用下，沿原路返回，通过所述准点光源后继续传播到所述凸面聚光体阵列，在所述凸面聚光体阵列的作用下，以平行光方式出射。