專利名稱：高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，特別是涉及一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件。
背景技術：
發(fā)光二極管的應用頗為廣泛，例如，可應用于光學顯示裝置、交通號志、數(shù)據(jù)儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。如何提高發(fā)光二極管的亮度，是在發(fā)光二極管制造上的重要課題。
發(fā)光二極管的應用頗為廣泛，例如，可應用于光學顯示裝置、交通號志、數(shù)據(jù)儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。
由發(fā)光二極管發(fā)出的光為射向各個方向，并非單一對焦于某處的光束。實際上，由發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線并不是那么容易由發(fā)光二極管中射出，由Snell定律的關系可知，光只有在臨界角鋃內(nèi)可以完全被射出，其它的光則會被反射而可能被吸收。也就是由發(fā)光二極管內(nèi)部射出的光的角度需在2鋃的圓錐形內(nèi)才可以完全射出，超過此角度的光則會被反射。因此當發(fā)光二極管所發(fā)出的光由高折射率的材料進入折射率低的介質中，此過程會因受到折射率的影響使得出光的角度大受限制。因此，如何提高外部光摘出效率是一重要課題。
于美國專利第5,040,044號中提及一發(fā)光二極管，其表面以化學蝕刻進行粗化，以降低全反射并提高光摘出效率；然而此法并不適用于氮化鎵系列的材料，主要原因在于此系列的材料過于堅硬，化學蝕刻無法進行粗化；對氮化鎵系列材料較常用的蝕刻方法是以等離子體干蝕刻(Inductively CoupledPlasma，ICP)法。
傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管的結構為一藍寶石基板、形成于藍寶石基板上的一第一氮化物疊層、形成于第一氮化物疊層上的一氮化物發(fā)光層、形成于氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物疊層；當光線由發(fā)光層射出時，由第二氮化物疊層正向出光。然而由于氮化物外延成長的限制，第二氮化物疊層僅能達到一定的厚度，在對第二氮化物疊層表面進行ICP蝕刻粗化時，往往會蝕穿第一氮化物疊層，而破壞發(fā)光層，使得發(fā)光二極管結構及功能被破壞。
本申請發(fā)明人于思考如何克服上述厚度限制的問題，提高發(fā)光元件正面出光效率時獲得一發(fā)明靈感，認為若提供一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中存在一基板；一氮化物發(fā)光元件，其中該氮化物發(fā)光元件包括一藍寶石基板、形成于藍寶石基板上的一第一氮化物疊層、形成于第一氮化物疊層上的一氮化物發(fā)光層、形成于氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物疊層；以一粘結層將該基板與該氮化物發(fā)光元件的第二氮化物疊層表面粘結在一起，接著移除藍寶石基板；再于該第一氮化物疊層與該藍寶石基板接觸面上進行蝕刻粗化，使得第一氮化物疊層的表面形成一粗化區(qū)域，由于第一氮化物疊層外延成長時有達到足夠厚度，因此可以克服蝕刻時疊層厚度過薄的問題。而藉由該粗化區(qū)域，以進一步提高發(fā)光元件的光摘出效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中存在一基板；一氮化物發(fā)光元件，其中該氮化物發(fā)光元件包括一藍寶石基板、形成于藍寶石基板上的一第一氮化物疊層、形成于第一氮化物疊層上的一氮化物發(fā)光層、形成于氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物疊層；以一粘結層將該基板與該氮化物發(fā)光元件的第二氮化物疊層表面粘結在一起，接著移除藍寶石基板；再于該第一氮化物疊層與該藍寶石基板接觸面上進行蝕刻粗化，使得第一氮化物疊層的表面形成一粗化區(qū)域，由于第一氮化物疊層外延成長厚度約為2-10骻，能夠達到足夠厚度供蝕刻處理，因此可以克服蝕刻時疊層厚度過薄的問題。而藉由該粗化區(qū)域，以進一步提高發(fā)光元件的光摘出效率。
依本發(fā)明一優(yōu)選實施例一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，包括一基板、形成于該基板上的一透明粘貼層、形成于該透明粘結層上的一透明導電層，其中，該透明導電層的上表面包括一第一表面區(qū)域與一第二表面區(qū)域、形成于該第一表面區(qū)域上的一氮化物第一接觸層、形成于該氮化物第一接觸層上的一氮化物第一束縛層、形成于該氮化物第一束縛層上的一氮化物發(fā)光層、形成于該氮化物發(fā)光層上的一氮化物第二束縛層、形成于該氮化物第二束縛層上的一氮化物緩沖層，其中該緩沖層包括一粗化區(qū)域及一電極接觸區(qū)域、形成于該第二表面區(qū)域上的一第一接線電極、以及形成于該電極接觸區(qū)域上的一第二接線電極。
前述基板，包括選自于Si、GaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Cu、CuW及Al所構成材料組群中的至少一種材料；前述透明粘貼層包括選自于聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷(BCB)及過氟環(huán)丁烷(PFCB)所構成材料組群中的至少一種材料；前述第一束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述發(fā)光層包括選自GaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述第二束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述第一接觸層包括選自于GaN、InGaN及AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述緩沖層包括選自于GaN、InGaN及AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述透明導電層包括選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅及氧化鋅錫所構成材料組群中的至少一種材料。


圖1為一示意圖，顯示依本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件；圖2為一示意圖，顯示依本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件；圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件；簡單符號說明1發(fā)光元件10 基板11 透明粘結層12 透明導電層13 氮化物第一接觸層140 氮化物第一束縛層141 氮化物發(fā)光層142 氮化物第二束縛層15 氮化物緩沖層
151 粗化區(qū)域152 電極接觸區(qū)域16第一接線電極17第二接線電極2 發(fā)光元件25氮化物緩沖層251 粗化面28透明導電層3 發(fā)光元件30基板31導電透明粘結層32透明導電層33氮化物第一接觸層340 氮化物第一束縛層341 氮化物發(fā)光層342 氮化物第二束縛層35氮化物緩沖層351 粗化區(qū)域352 電極接觸區(qū)域36第一接線電極37第二接線電極具體實施方式
請參閱圖1，依本發(fā)明一優(yōu)選實施例一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件1，包括一基板10、形成于該基板上的透明粘結層11、形成于該透明粘結層上的一透明導電層12，其中，該透明導電層的上表面包括一第一表面區(qū)域與一第二表面區(qū)域、形成于該第一表面區(qū)域上的一氮化物第一接觸層13、形成于該氮化物第一接觸層上的一氮化物第一束縛層140、形成于該氮化物第一束縛層上的一氮化物發(fā)光層141、形成于該氮化物發(fā)光層上的一氮化物第二束縛層142、形成于該氮化物第二束縛層上的一氮化物緩沖層15，其中該緩沖層包括一粗化區(qū)域151及一電極接觸區(qū)域152、形成于該第二表面區(qū)域上的一第一接線電極16、以及形成于該電極接觸區(qū)域上的一第二接線電極17。
請參閱圖2，依本發(fā)明另一優(yōu)選實施例一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件2，其結構與前一優(yōu)選實施例的氮化物發(fā)光元件1相似，其不同處在于氮化物發(fā)光元件2的氮化物緩沖層25僅包括一粗化面251、形成于該粗化面上的一透明導電層28、形成于該第二表面區(qū)域上的一第一接線電極16、以及形成于該透明導電層上的一第二接線電極17。
上述的實施例高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件1、2中，于該基板及該透明粘結層之間可形成一第一反應層；于該透明粘結層及該氮化物第一接觸層之間可形成一第二反應層，以提高之間的附著力。另外基板與該第一反應層之間、氮化物第一接觸層與第二反應層之間或基板相對于透明粘結層的一面也可形成一金屬反射層，使光線反射射出增加亮度。
請參閱圖3，依本發(fā)明又一優(yōu)選實施例具有粘貼反射層的氮化物發(fā)光元件3，包括一基板30、形成于該基板上的導電透明粘結層31、形成于該導電透明粘結層上的一透明導電層32、形成于該透明導電層上的一氮化物第一接觸層33、形成于該氮化物第一接觸層上的一氮化物第一束縛層340、形成于該氮化物第一束縛層上的一氮化物發(fā)光層341、形成于該氮化物發(fā)光層上的一氮化物第二束縛層342、形成于該氮化物第二束縛層上的一氮化物緩沖層35，其中該緩沖層包括一粗化區(qū)域351及一電極接觸區(qū)域352、形成于該基板相對于該導電透明粘結層的面上的一第一接線電極36、以及形成于該電極接觸區(qū)域上的一第二接線電極37。
上述的實施例高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件3中，于該基板及該導電透明粘結層之間可形成一第一反應層；于該導電透明粘結層及該氮化物第一接觸層之間可形成一第二反應層，以提高之間的附著力。另外基板與該第一反應層之間或氮化物第一接觸層與第二反應層之間也可形成一金屬反射層，使光線反射射出增加亮度。該導電透明粘結層也可以金屬粘結層或金屬反射粘結層取代。
前述的各實施例中，可在該氮化物緩沖層之上，第二接線電極之下各形成一透明導電層，作為歐姆接觸層以及電流分布層的功能。
前述各實施例中，其粗化面的制法可以蝕刻方式形成，尤以干蝕刻為優(yōu)選蝕刻方式。
前述基板，包括選自于Si、GaAs、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、Cu、CuW及Al所構成材料組群中的至少一種材料；前述透明粘結層包括選自于聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷(BCB)及過氟環(huán)丁烷(PFCB)所構成材料組群中的至少一種材料；前述導電粘結層包括選自于自發(fā)性導電高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中摻雜導電材料及金屬所構成材料族群中的至少一種材料；前述導電材料包括選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅、氧化鋅錫、Au及Ni/Au所構成材料族群中的至少一種材料；前述第一反應層包括選自于SiNx、Ti及Cr所構成材料組群中的至少一種材料；前述第二反應層包括選自于SiNx、Ti及Cr所構成材料組群中的至少一種材料；前述金屬反射層、金屬粘結層或金屬反射粘結層，包括選自于In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ag、Ti、Pb、Pd、Ge、Cu、AuBe、AuGe、Ni、PbSn及AuZn所構成材料組群中的至少一種材料；前述第一束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述發(fā)光層包括選自GaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述第二束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述第一接觸層，包括選自于GaN、InGaN及AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述緩沖層，包括選自于GaN、InGaN及AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料；前述透明導電層包括選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅及氧化鋅錫所構成材料組群中的至少一種材料。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，包括一基板；形成于該基板上的一粘結層；以及形成于該粘結層上的一氮化物發(fā)光疊層，其中該氮化物發(fā)光疊層遠離基板的表面包括一粗化區(qū)域。
2.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該粘結層為一透明粘結層。
3.如權利要求2所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該透明粘結層為一透明導電粘結層。
4.如權利要求2所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該透明粘結層為一透明不導電粘結層。
5.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該粘結層為一不透明粘結層。
6.如權利要求5所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該不透明粘結層為一不透明導電粘結層。
7.如權利要求5所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該不透明粘結層為一不透明不導電粘結層。
8.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該基板及該粘結層之間還包括一第一反應層。
9.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該粘結層及該發(fā)光疊層之間還包括一第二反應層。
10.如權利要求8所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該復合基板及該第一反應層之間還包括一金屬反射層。
11.如權利要求9所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該第二反應層及該發(fā)光疊層之間還包括一金屬反射層。
12.如權利要求11所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該金屬反射層及該發(fā)光疊層之間還包括一透明導電層。
13.如權利要求11所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該粘結層及該發(fā)光疊層之間還包括一透明導電層。
14.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該粘結層一金屬粘結層。
15.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該粘結層一金屬反射粘結層。
16.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該發(fā)光疊層的粗化區(qū)域之上還包括一透明導電層。
17.如權利要求16所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該透明導電層之上還包括一接線電極。
18.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該發(fā)光疊層之上還包括一電極接觸區(qū)域。
19.如權利要求18所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該電極接觸區(qū)域之上還包括一接線電極。
20.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該發(fā)光疊層包括一第一氮化物疊層；一氮化物多重量子阱發(fā)光層；一第二氮化物疊層。
21.一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，包括一基板；形成于該基板上的透明粘結層；形成于該透明粘結層上的一透明導電層，其中，該透明導電層的上表面包括一外延區(qū)域與一電極接觸區(qū)域；形成于該外延區(qū)域上的一氮化物第一接觸層；形成于該氮化物第一接觸層上的一氮化物第一束縛層；形成于該氮化物第一束縛層上的一氮化物發(fā)光層；形成于該氮化物發(fā)光層上的一氮化物第二束縛層；形成于該氮化物第二束縛層上的一氮化物緩沖層，其中該緩沖層包括一粗化區(qū)域及一第二電極接觸區(qū)域；形成于該第一電極接觸區(qū)域上的一第一接線電極；以及形成于該第二電極接觸區(qū)域上的一第二接線電極。
22.如權利要求21所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該基板及該透明粘結層之間還包括一第一反應層。
23.如權利要求21所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該透明粘結層及該透明導電層之間還包括一第二反應層。
24.如權利要求22所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該基板及該第一反應層之間還包括一金屬反射層。
25.如權利要求23所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該第二反應層及該透明導電層之間還包括一金屬反射層。
26.如權利要求21所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該氮化物緩沖層的粗化區(qū)域之上、第二電極接觸區(qū)域及該第二接線電極之間還包括一透明導電層。
27.如權利要求21所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該第一電極接觸區(qū)域及該第一接線電極之間還包括一透明導電層。
28.一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，包括一基板；形成于該基板上的導電粘結層；形成于該導電粘結層上的一氮化物第一接觸層；形成于該氮化物第一接觸層上的一氮化物第一束縛層；形成于該氮化物第一束縛層上的一氮化物發(fā)光層；形成于該氮化物發(fā)光層上的一氮化物第二束縛層；形成于該氮化物第二束縛層上的一氮化物緩沖層，其中該緩沖層包括一粗化區(qū)域及一電極接觸區(qū)域；形成于該基板相對于該導電透明粘結層之面上的一第一接線電極；以及形成于該電極接觸區(qū)域上的一第二接線電極。
29.如權利要求28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該基板及該導電粘結層之間還包括一第一反應層。
30.如權利要求28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該導電粘結層及該氮化物第一接觸層之間還包括一第二反應層。
31.如權利要求29所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該基板及該第一反應層之間還包括一金屬反射層。
32.如權利要求30所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該第二反應層及該氮化物第一接觸層之間還包括一金屬反射層。
33.如權利要求28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該氮化物緩沖層的粗化區(qū)域之上、第二電極接觸區(qū)域及該第二接線電極之間還包括一透明導電層。
34.如權利要求28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，于該導電粘結層及該氮化物第一接觸層之間還包括一透明導電層。
35.如權利要求1、21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該基板包括選自Si、GaAs、玻璃、石英、GaP、Ge、AlGaAs、Al2O3、SiC、ZnO、GaN、Cu、CuW及Al所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
36.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該粘結層包括選自于聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷(BCB)、過氟環(huán)丁烷(PFCB)、自發(fā)性導電高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中摻雜導電材料及金屬所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
37.如權利要求21所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該透明粘結層包括選自于聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷(BCB)及過氟環(huán)丁烷(PFCB)所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
38.如權利要求28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該導電粘結層包括選自于自發(fā)性導電高分子(Intrinsically conducting polymer)、高分子中摻雜導電材料及金屬所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
39.如權利要求38所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該導電材料包括選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅、氧化鋅錫、Au及Ni/Au所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
40.如權利要求38所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該金屬包括選自In、Sn、Al、Au、Pt、Zn、Ge、Ag、Ti、Pb、Pd、Cu及其合金所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
41.如權利要求1所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該發(fā)光疊層包括GaN、InGaN及AlInGaN系列所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
42.如權利要求21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該氮化物第一束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
43.如權利要求21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該氮化物發(fā)光層包括選自GaN、InGaN或AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
44.如權利要求21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該氮化物第二束縛層包括選自AlN、GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
45.如權利要求21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該氮化物第一接觸層包括選自于GaN、InGaN或AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
46.如權利要求21或28所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該氮化物緩沖層包括選自于GaN、InGaN或AlGaN所構成材料組群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
47.如權利要求8、22或29所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該第一反應層包括選自SiNx、Ti及Cr所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
48.如權利要求9、23或30所述的高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中，該第二反應層包括選自SiNx、Ti及Cr所構成材料族群中的至少一種材料或其它可替代的材料。
全文摘要
一種高發(fā)光效率的氮化物發(fā)光元件，其中存在一發(fā)光元件，該發(fā)光元件包括一暫時基板以及與該暫時基板相連接的一發(fā)光疊層，經(jīng)由移除該暫時基板后，在與該暫時基板相連接的發(fā)光疊層面上形成一粗化區(qū)域，使得光的摘出效率提高，以提高發(fā)光元件的亮度。
文檔編號H01L33/00GK1674306SQ20041003123
公開日2005年9月28日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權日2004年3月26日
發(fā)明者謝明勛 申請人:晶元光電股份有限公司