專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光組件(Semiconductor Light Emitting Device)及其制造方法，尤其涉及一種具有光散射偏折層(Light Scattering-deflecting Layer)的半導(dǎo)體發(fā)光組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光組件，例如發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)，是利用半導(dǎo)體材料所制作而成的組件。半導(dǎo)體發(fā)光組件是一種可將電能轉(zhuǎn)換為光能的微細(xì)固態(tài)光源。由于半導(dǎo)體發(fā)光組件不但體積小，且具有壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓低、反應(yīng)速率快，耐震等特性，更能夠滿足各種應(yīng)用設(shè)備輕、薄、以及小型化的需求。因此，已成為目前日常生活中十分普及的電子產(chǎn)品。
參照?qǐng)D1，圖1是顯示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖。制作所述半導(dǎo)體發(fā)光組件時(shí)，首先利用淀積方式在透光的基板100上形成半導(dǎo)體層102。再利用外延方式在半導(dǎo)體層102上形成n型半導(dǎo)體層104。接著，同樣利用外延方式在n型半導(dǎo)體層104上形成發(fā)光結(jié)構(gòu)106。再同樣利用外延方式在發(fā)光結(jié)構(gòu)106上形成p型半導(dǎo)體層108。其中，n型半導(dǎo)體層104、發(fā)光結(jié)構(gòu)106、以及p型半導(dǎo)體層108構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)。
接下來，利用顯影以及蝕刻技術(shù)進(jìn)行定義，移除部分發(fā)光結(jié)構(gòu)106與p型半導(dǎo)體層108，以暴露出部分n型半導(dǎo)體層104。然后，利用熱蒸鍍(Thermal Evaporation)、電子束蒸鍍(E-beam Evaporation)、或離子濺鍍(Sputtering)等方法，分別在p型半導(dǎo)體層108上形成電極110以及在暴露的n型半導(dǎo)體層104上形成電極112，而完成半導(dǎo)體發(fā)光組件的制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光組件，例如發(fā)光二極管，至少包括具有凹凸不平的表面的半導(dǎo)體層以及折射率不同于半導(dǎo)體層的光散射偏折層。這樣一來，光從光散射偏折層進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏折，再加上光進(jìn)入到半導(dǎo)體層的凹凸不平的表面時(shí)，會(huì)造成光的散射。因此，可使半導(dǎo)體發(fā)光組件發(fā)出更多的光。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，先形成具有凹凸不平表面的半導(dǎo)體層，再在所述半導(dǎo)體層上形成折射率不同于半導(dǎo)體層的光散射偏折層。這樣，光通過光散射偏折層的偏折以及半導(dǎo)體層的散射后，可提升半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光效率。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種半導(dǎo)體發(fā)光組件，至少包括一個(gè)透光基板，所述透光基板上至少包括一個(gè)半導(dǎo)體層，且所述半導(dǎo)體層至少包括一個(gè)凹凸不平的表面；一個(gè)位于上述半導(dǎo)體層凹凸不平表面上的光散射偏折層；以及一個(gè)位于上述光散射偏折層上的半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。其中，光散射偏折層的折射率不同于半導(dǎo)體層的折射率。
依照本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，光散射偏折層可填平半導(dǎo)體層的凹凸不平的表面，也可與半導(dǎo)體層的凹凸不平的表面共形(Conformal)。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，至少包括下列步驟首先，提供一個(gè)透光基板，所述透光基板上至少包括一個(gè)半導(dǎo)體層，且所述半導(dǎo)體層至少包括一個(gè)凹凸不平的表面。接著，在上述的半導(dǎo)體層的凹凸不平的表面上形成一個(gè)光散射偏折層。然后，在上述的光散射偏折層上形成一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
依照本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例，形成光散射偏折層時(shí)，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD)來進(jìn)行，將半導(dǎo)體層的凹凸不平表面填平。
由于，光散射偏折層與半導(dǎo)體層的折射率不同，再加上半導(dǎo)體層具有凹凸不平的表面。因此，當(dāng)光從光散射偏折層進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生偏折，而且會(huì)產(chǎn)生散射。這樣一來，半導(dǎo)體發(fā)光組件可發(fā)出更多的光，從升發(fā)光效率的目的。


圖1是顯示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖。
圖2顯示的是依照本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖。
圖3顯示的是依照本發(fā)明另一個(gè)較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體發(fā)光組件及其制造方法。所述半導(dǎo)體發(fā)光組件至少包括具有凹凸不平表面的半導(dǎo)體層以及位于半導(dǎo)體層上的光散射偏折層。因此，光從光散射偏折層進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏折與散射，可使半導(dǎo)體發(fā)光組件發(fā)出更多的光，進(jìn)而有效提升發(fā)光效率。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并結(jié)合圖2與圖3的附圖標(biāo)記。
參照?qǐng)D2，圖2是顯示依照本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖。所述半導(dǎo)體發(fā)光組件的制作，首先利用例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(Metal OrganicChemical Vapor Deposition；MOCVD)的方式形成覆蓋在透光的基板200上的半導(dǎo)體緩沖層202，其中半導(dǎo)體緩沖層202的材料可例如為III-V族半導(dǎo)體。接下來，利用例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法的方式形成覆蓋在半導(dǎo)體緩沖層202上的半導(dǎo)體薄膜(僅顯示其中的半導(dǎo)體層204)。待上述的半導(dǎo)體薄膜形成后，利用例如顯影以及蝕刻的方式對(duì)此半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行定義，以移除部分的半導(dǎo)體薄膜，而形成具有凹凸不平的表面206的半導(dǎo)體層204。其中，形成半導(dǎo)體層204的凹凸不平的表面206時(shí)，可利用濕法蝕刻(WetEtching)、干法蝕刻(Dry Etching)、或其它的方式。此外，半導(dǎo)體層204的凹凸不平的表面206可具有長(zhǎng)條突狀、圓形突狀、八角形突狀、六角形突狀、四角形突狀、三角形突狀、長(zhǎng)條凹狀、圓形凹狀、八角形凹狀、六角形凹狀、四角形凹狀、或三角形凹狀等圖案。
接著，利用例如蒸鍍法、電鍍法(Plating)，有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy；MBE)、或氫化物氣相外延生長(zhǎng)法(Hydride Vapor Phase Epitaxy；HVPE)等方式形成覆蓋在半導(dǎo)體層204的凹凸不平的表面206上的光散射偏折層208。其中，光散射偏折層208的折射率不同于半導(dǎo)體層204的折射率，且光散射偏折層208的材料為透光材料。光散射偏折層208的材料可為硅(Si)，鍺(Ge)、或III-V族半導(dǎo)體，例如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)，磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鋁銦鎵(AlInGaN)等。光散射偏折層208的材料也可為絕緣材料，例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氟化鈣(CaF2)、硫化鋅(ZnS)、以及碳化硅(SiC)等。光散射偏折層208的材料更可為金屬材料，例如銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、鋅(Zn)、鉻(Cd)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鎵(Ga)、以及銦(In)等。
值得注意的一點(diǎn)是，在此較佳實(shí)施例中，如圖2所示，光散射偏折層208填平半導(dǎo)體層204的凹凸不平的表面206。然而，請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3顯示依照本發(fā)明另一個(gè)較佳實(shí)施例的一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的剖面圖，光散射偏折層220與半導(dǎo)體層204凹凸不平的表面206共形。
光散射偏折層208或光散射偏折層220形成后，即可生長(zhǎng)半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。首先，利用例如外延方式生長(zhǎng)n型半導(dǎo)體層210，覆蓋在光散射偏折層208或光散射偏折層220上。接著，利用例如外延方式形成發(fā)光結(jié)構(gòu)212，覆蓋在n型半導(dǎo)體層210上。其中發(fā)光結(jié)構(gòu)212可例如為多重量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)結(jié)構(gòu)。然后，利用例如外延方式生長(zhǎng)p型半導(dǎo)體層214覆蓋在發(fā)光結(jié)構(gòu)212上，而完成半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
待p型半導(dǎo)體層214形成后，利用例如顯影與蝕刻方式定義p型半導(dǎo)體層214以及發(fā)光結(jié)構(gòu)212，移除部分p型半導(dǎo)體層214以及發(fā)光結(jié)構(gòu)212，并暴露出部分n型半導(dǎo)體層210。隨后，利用例如電鍍方式在部分的p型半導(dǎo)體層214上形成p型電極216，以及在暴露出的n型半導(dǎo)體層210上形成n型電極218，而完成半導(dǎo)體發(fā)光組件，例如發(fā)光二極管的制作。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，首先利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積的方法，在550℃的溫度下，在透光的基板200上形成厚度25nm的半導(dǎo)體緩沖層202，其中基板200的材料為氧化鋁，而半導(dǎo)體緩沖層202的材料為氮化鎵。再利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積的方式，在1100℃的溫度下，在半導(dǎo)體緩沖層202上形成厚度2um的半導(dǎo)體層204，其中半導(dǎo)體層204的材料為氮化鎵。接著，利用顯影方式在半導(dǎo)體層204表面上形成至少包括有幾個(gè)直徑2um的餅圖案的光阻層，并暴露出部分的半導(dǎo)體層204，其中相鄰的兩個(gè)餅圖案之間相距2um。再利用反應(yīng)性離子蝕刻(Reactive Ion Etching；RIE)的方式在半導(dǎo)體層204上蝕刻出深度約為1um的圓形凹洞。
接下來，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積的方式生長(zhǎng)厚度約1.5um的氮化鋁來作為光散射偏折層208，其中光散射偏折層208填平半導(dǎo)體層204的表面206的圓形凹洞。再利用外延方式成長(zhǎng)厚度2um的硅摻雜n型氮化鎵層來作為n型半導(dǎo)體層210。待n型半導(dǎo)體層210形成后，利用外延方式生長(zhǎng)五對(duì)氮化銦鎵(InGaN)/氮化鎵所構(gòu)成的多重量子阱結(jié)構(gòu)來作為發(fā)光結(jié)構(gòu)212。再利用外延方式，在1000℃的溫度下，生長(zhǎng)厚度0.5um的鎂摻雜p型氮化鎵層來作為p型半導(dǎo)體層214。
然后，利用反應(yīng)性離子蝕刻方式進(jìn)行定義，而去除部分p型半導(dǎo)體層214與部分發(fā)光結(jié)構(gòu)212，用以暴露出部分的n型半導(dǎo)體層210。再利用電鍍方式在p型半導(dǎo)體層214上形成鎳(Ni)/金屬作為p型電極216，以及在n型半導(dǎo)體層210上形成鈦/鋁層作為n型電極218，從而完成半導(dǎo)體發(fā)光組件。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，利用上述制作過程所完成的具有光散射偏折層的半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光亮度可增加5％到15％。
本發(fā)明的一個(gè)特征就是本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件至少包括具有凹凸不平的表面206的半導(dǎo)體層204以及折射率不同于半導(dǎo)體層204的光散射偏折層208(圖2)或光散射偏折層220(圖3)。光從發(fā)光結(jié)構(gòu)212經(jīng)由n型半導(dǎo)體層210進(jìn)入光散射偏折層208或光散射偏折層220，再?gòu)墓馍⑸淦蹖?08或光散射偏折層220進(jìn)入半導(dǎo)體層204時(shí)，由于半導(dǎo)體層204與光散射偏折層208或光散射偏折層220的折射率不同，光會(huì)產(chǎn)生偏折現(xiàn)象。再加上，由于半導(dǎo)體層204與光散射偏折層208或光散射偏折層220接合的表面206凹凸不平，因此光在進(jìn)入此凹凸不平的表面206時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射。這樣一來，光在從光散射偏折層208進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生偏折與散射，而增加所發(fā)出的光，進(jìn)而可提高半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光效率。
由上述的本發(fā)明較佳實(shí)施例可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一就是因?yàn)楸景l(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光組件至少包括具有凹凸不平表面的半導(dǎo)體層以及折射率不同于半導(dǎo)體層的光散射偏折層。因此，光從光散射偏折層進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生偏折，也在光進(jìn)入半導(dǎo)體層的凹凸不平表面時(shí)，會(huì)造成光的散射。因此，可使半導(dǎo)體發(fā)光組件發(fā)出更多的光，有效增加半導(dǎo)體發(fā)光組件的亮度，進(jìn)而達(dá)到提升半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光效率的目的。
雖然本發(fā)明已在上文中由一個(gè)較佳實(shí)施例揭示得到詳細(xì)的描述，然而它并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的修改與變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
附圖符號(hào)說明100基板102半導(dǎo)體層104n型半導(dǎo)體層106發(fā)光結(jié)構(gòu)108p型半導(dǎo)體層110電極112電極200基板202半導(dǎo)體緩沖層204半導(dǎo)體層206表面208光散射偏折層210n型半導(dǎo)體層212發(fā)光結(jié)構(gòu)214p型半導(dǎo)體層216電極218電極220光散射偏折層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光組件，至少包括透光基板，其中所述透光基板包括半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層至少包括一個(gè)凹凸不平表面；位于所述半導(dǎo)體層所述凹凸不平表面上的光散射偏折層位于所述半導(dǎo)體層所述凹凸不平表面上；以及位于所述光散射偏折層上的半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)位于所述光散射偏折層上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述光散射偏折層的折射率與所述半導(dǎo)體層的折射率不同。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述光散射偏折層的材料為透光材料。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述光散射偏折層的材料選自于硅、鍺、III-V族半導(dǎo)體、絕緣材料、或金屬材料之一；其中III-V族半導(dǎo)體是由砷化鎵、磷化銦、磷化鋁鎵銦、氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁銦鎵等所組成的族群，絕緣材料是由二氧化硅、氮化硅、氮化鈦、氧化鋁、氧化鎂、氟化鈣、硫化鋅、以及碳化硅等所組成的族群，金屬材料是由銅、銀、金、鋅、鉻、鎂、鋁、鎵、以及銦等所組成的族群。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述光散射偏折層與所述半導(dǎo)體層共形。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述光散射偏折層填平所述半導(dǎo)體層的所述凹凸不平表面。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的所述凹凸不平表面的圖案選自于由長(zhǎng)條突狀、圓形突狀、八角形突狀、六角形突狀、四角形突狀、三角形突狀、長(zhǎng)條凹狀、圓形凹狀、八角形凹狀、六角形凹狀、四角形凹狀、以及三角形凹狀所組成的族群。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)至少包括依次堆棧的n形半導(dǎo)體層、發(fā)光結(jié)構(gòu)、以及p形半導(dǎo)體層。
9.一種半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，至少包括提供透光基板，其中所述透光基板至少包括半導(dǎo)體層，且所述半導(dǎo)體層至少包括一個(gè)凹凸不平的表面；在該半導(dǎo)體層的所述凹凸不平表面上形成光散射偏折層；以及在所述光散射偏折層上形成半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折層的折射率與所述半導(dǎo)體層的折射率不同。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折層的材料選自于硅、鍺、III-V族半導(dǎo)體、絕緣材料、或金屬材料之一；其中III-V族半導(dǎo)體選自砷化鎵、磷化銦、磷化鋁鎵銦、氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁銦鎵等所組成的族群，絕緣材料選自二氧化硅、氮化硅、氮化鈦、氧化鋁、氧化鎂、氟化鈣、硫化鋅、以及碳化硅等所組成的族群，金屬材料選自由銅、銀、金、鋅、鉻、鎂、鋁、鎵、以及銦等所組成的族群。
12.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折層與所述半導(dǎo)體層共形。
13.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述光散射偏折層填平所述半導(dǎo)體層的凹凸不平表面。
14.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，形成該光散射偏折層的步驟是利用選自于由蒸鍍法、電鍍法、有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法、分子束外延法、以及氫化物氣相外延成長(zhǎng)法所組成的族群。
15.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的凹凸不平表面的形狀選自于由長(zhǎng)條突狀、圓形突狀、八角形突狀、六角形突狀、四角形突狀、三角形突狀、以及其凹狀所組成的族群。
16.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)至少包括依次堆棧的n形半導(dǎo)體層、發(fā)光結(jié)構(gòu)、以及p形半導(dǎo)體層。
17.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光組件的制造方法，其特征在于，形成所述半導(dǎo)體發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的步驟后，還包括移除部分p半導(dǎo)體層以及部分發(fā)光結(jié)構(gòu)，以暴露出部分的n型半導(dǎo)體；在所述p型半導(dǎo)體層上形成p形電極；以及在所暴露出的n型半導(dǎo)體層上形成n形電極。
全文摘要
一種半導(dǎo)體發(fā)光組件及其制造方法。所述半導(dǎo)體發(fā)光組件至少包括位于具有凹凸不平表面的半導(dǎo)體層上的光散射偏折層。由于，光從光散射偏折層進(jìn)入半導(dǎo)體層時(shí)，因折射率的不同會(huì)造成光的偏折，再加上光進(jìn)入半導(dǎo)體層的凹凸不平的表面會(huì)形成散射。這樣一來，可使所述半導(dǎo)體發(fā)光組件射出更多的光，而提升所述半導(dǎo)體發(fā)光組件的發(fā)光效率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1767223SQ20041008987
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者蔡宗良, 張智松, 陳澤澎 申請(qǐng)人:國(guó)聯(lián)光電科技股份有限公司