專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種發(fā)光二極管及其制造方法，特別是有關(guān)于可提升光取 出率的發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是由一種具有同質(zhì)結(jié)構(gòu)(Homostructure)、 單異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Single Heterostructure)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Double Heterostructure; DH)、或是多重量子 阱(Multiple Quantum Well; MQW)結(jié)構(gòu)所堆疊而成的磊晶結(jié)構(gòu)，其能自然放射 出不同波長的光線的p-n結(jié)二極管。由于發(fā)光二極管具有低耗電量、低發(fā)熱量、 工作壽命長、耐撞擊、體積小、反應(yīng)速度快、以及可發(fā)出穩(wěn)定波長的色光等良 好光電特性，因此常應(yīng)用于家電、儀表的指示燈、光電產(chǎn)品的應(yīng)用光源、以及 光電通訊領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的發(fā)光二極管是在一個基板(Substrate)， 一個n型下包覆層， 一個主 動層、以及一個p型上包覆層，借由電流通過主動層的磊晶結(jié)構(gòu)而發(fā)光，并借 由磊晶結(jié)構(gòu)的各種不同組成來改變發(fā)光二極管發(fā)光波長。
通常，對發(fā)光二極管元件而言，發(fā)光亮度的高低主要是取決于主動層的量 子效率(Quantum Efficiency)和光取出效率(Light Extraction Efficiency)。主動 層的量子效率愈高，則發(fā)光二極管的發(fā)光亮度隨之提高，主動層的量子效率一 般主要是由磊晶的品質(zhì)以及主動層的結(jié)構(gòu)設(shè)計來增加其效率。另一方面，光取 出效率愈高，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度也會增加，光取出效率的改善主要是致力 于克服，主動層所發(fā)出的光子中有大部分在發(fā)光二極管元件內(nèi)部全反射而造成 光損失的現(xiàn)象。
目前相當(dāng)常見的一種增加發(fā)光二極管元件的光輸出的方法，是透過提高發(fā) 光二極管的光取出率。增加發(fā)光二極管的光取出效率的方法大致有下列幾種。 第一種是利用直接蝕刻發(fā)光二極管表面，來粗糙化表面，借以達到提高發(fā)光二 極管的光取出效率的效果。在表面糙化的方式中，通常是透過掩模來保護表面的局部區(qū)域，再進行濕式或干式蝕刻，來達到表面糙化的目的。但，表面糙化 的方式，表面糙化的均勻度不佳。第二種則是利用蝕刻方式來改變發(fā)光二極管 的外型。然而，第二種方式的制程較為繁復(fù)，因此制程良率不佳。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是在于提供一種發(fā)光二極管與其制造方法，借以提升 發(fā)光二極管的光取出率，增進發(fā)光效率。本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，此發(fā)光二極管至少包含永久基板、接合層、 幾何圖案層、金屬反射層、磊晶結(jié)構(gòu)、第一電極及第二電極。永久基板具有相 對的第一表面和第二表面，接合層是設(shè)于永久基板的第一表面上，幾何圖案層 是設(shè)于接合層上，其中幾何圖案層具有一周期性結(jié)構(gòu)。金屬反射層是設(shè)于接合 層和幾何圖案層之間，磊晶結(jié)構(gòu)是設(shè)于幾何圖案層上，第一電極是形成于磊晶 結(jié)構(gòu)上，第二電極是形成于永久基板的第二表面上。本發(fā)明又提供一種發(fā)光二極管的制造方法，此發(fā)光二極管的制造方法，至 少包含提供成長基材；形成磊晶結(jié)構(gòu)于成長基材上；形成幾何圖案層于磊晶 結(jié)構(gòu)上，其中幾何圖案層具有一周期性結(jié)構(gòu)；形成金屬反射層于幾何圖案層上； 形成接合層于金屬反射層上；形成永久基板于接合層上；移除成長基材；形成 第一電極于磊晶結(jié)構(gòu)上；以及形成第二電極于永久基板的表面上。本發(fā)明再提供一種發(fā)光二極管，所述的發(fā)光二極管的磊晶結(jié)構(gòu)是依序形成 第一電性半導(dǎo)體層、主動層及第二電性半導(dǎo)體層，且第二電性半導(dǎo)體層的電性 是相反于第一電性半導(dǎo)體層，其中第二電性半導(dǎo)體層具有一部分表面，而第二 電極形成于第二電性半導(dǎo)體層的部分表面上，第一電極形成于第一電性半導(dǎo)體 層的表面上。因此本發(fā)明的發(fā)光二極管是借由幾何圖案層和金屬反射層來形成周期性 結(jié)構(gòu)的反射面，以反射不同角度的入射光，使發(fā)光二極管的發(fā)光集中由正向出 光，因而可提升光取出率，進而增加發(fā)光效率。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯 易懂，附圖的詳細說明如下圖1A至圖1F是繪示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光二極管的制程剖面圖。圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光二極管的金字塔形 結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖。圖3A和圖3B是繪示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的發(fā)光二極管的 制程剖面圖。
具體實施方式
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，本說明書特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下請參照圖1A至圖1F，其繪示依照本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管的制程 剖面圖。本實施例的發(fā)光二極管100至少包含有磊晶結(jié)構(gòu)層120、幾何圖案層 130、金屬反射層140、接合層150、永久基板160、第一電極170及第二電極 180。接合層150、金屬反射層140、幾何圖案層130及磊晶結(jié)構(gòu)層120是依序 地堆疊于永久基板160上。第一電極170和第二電極180是分別形成于發(fā)光二 極管100的兩側(cè)，以形成垂直導(dǎo)通型結(jié)構(gòu)。請參照圖1A，首先，提供成長基材110。此成長基材110例如為砷化鎵 (GaAs)、硅、碳化硅(SiC)、氮化鋁(A1N)基板、藍寶石、磷化銦或磷化鎵。接著，形成磊晶結(jié)構(gòu)120于成長基材IIO之上，磊晶結(jié)構(gòu)120是借由一磊 晶制程所形成，例如是有機金屬氣相沉積磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE) 或分子束磊晶法(MBE)等磊晶制程。此磊晶結(jié)構(gòu)120具有第一電性半導(dǎo)體層 121、主動層122、第二電性半導(dǎo)體層123及第二電性接觸層124，來依序沉積 于成長基材110之上，其中第一電性半導(dǎo)體層121的電性是不同于第二電性半 導(dǎo)體層123。本實施例的第一電性和第二電性為不同電性。當(dāng)?shù)谝浑娦詾镹型 時，第二電性為P型；而當(dāng)?shù)谝浑娦詾镻型時，第二電性則為N型。在本實施 例中，第一電性半導(dǎo)體層121的材料例如為N型磷化鋁鎵銦[(AlxGai.x)yIni.yP, x>0.4]，主動層122例如是由磷化鋁鎵銦材質(zhì)所形成的多重量子阱結(jié)構(gòu)，第二 電性半導(dǎo)體層123的材料例如為P型磷化鋁鎵銦[(AlxGa,-x)ylm-yP， x>0.4]，第 二電性接觸層124的材料可例如為氧化銦錫(IndiumTinOxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc oxide)、 氧化鎂(Magnesium oxide)或氮化鈦(Titanium Nitride)等具有導(dǎo)電性及透光性的材料。另外，本實施例的磊晶結(jié)構(gòu)120可例如是由同質(zhì)結(jié)構(gòu)、單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、或是多重量子阱結(jié)構(gòu)所堆疊而成。請參照圖1B和圖2，圖2是繪示依照本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管的金 字塔形結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖。接著，形成幾何圖案層130于磊晶結(jié)構(gòu)120上，其 中幾何圖案層130具有周期性結(jié)構(gòu)，其例如是由多數(shù)個金字塔形結(jié)構(gòu)131所組 成。此幾何圖案層130是沉積介電質(zhì)材料或透明氧化材料于磊晶結(jié)構(gòu)120上， 例如可為氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化鈦(TiOJ或氧化鋁(AlOx)等氧化 物。此些金字塔形結(jié)構(gòu)131是分別相隔一預(yù)定間距地設(shè)置，以形成周期性結(jié)構(gòu) 131，而每一此些金字塔形結(jié)構(gòu)131的底角角度e是實質(zhì)小于90度。請參照圖1C，接著，形成金屬反射層140于幾何圖案層130上，接著形成 接合層150于金屬反射層140。金屬反射層140的材料可例如為鋁、金、鉑、 鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫或其合金等具有高反射率的金屬材質(zhì)。而接合層150 的材料可例如為銀膠、自發(fā)性導(dǎo)電高分子或高分子中摻雜導(dǎo)電材質(zhì)、鋁、金、 鉑、鋅、銀、鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金，用以接合永久基板 160，以進行一基板轉(zhuǎn)移(SubstrateTransferring)動作。值得注意，由于金屬反射 層140是形成于幾何圖案層130的周期性結(jié)構(gòu)上，故金屬反射層140可形成周 期性結(jié)構(gòu)的反射面，并可反射不同角度的入射光。請參照圖1D，接著，形成永久基板160于接合層150上。本實施例的永久 基板160的材料是具有導(dǎo)電性，例如可為磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦 (AlGalnP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化鎵(GaP)、硅或金屬材質(zhì)。請參照圖1E，接著，移除成長基材IIO，因而裸露出磊晶結(jié)構(gòu)120的第一 電性半導(dǎo)體層121的表面。成長基材IIO例如是借由激光剝離技術(shù)、蝕刻制程 或化學(xué)機械研磨制程來被移除。請參照圖1F，接著，形成第一電性接觸層125于磊晶結(jié)構(gòu)120的第一電性 半導(dǎo)體層I21上。第一電性接觸層125的材料可例如為氧化銦錫(Indium Tin Oxide)、氧化銦(Indium Oxide)、氧化錫(Tin Oxide)、氧化鎘錫(Cadmium Tin Oxide)、氧化鋅(Zinc oxide)、氧化鎂(Magnesium oxide)或氮化鈦(Titanium Nitride) 等具有導(dǎo)電性及透光性的材料。接著，利用熱蒸鍍(ThermalEvaporation)、電子 束蒸鍍(E-beam)或離子濺鍍(Sputtering)等方法，形成第一電極170于第一電性接觸層125上，并形成第二電極180于永久基板160的裸露表面上，因而完成 本實施的發(fā)光二極管100。其中第一電極170的材料可例如為In、 Al、 Ti、 Au、 W、 InSn、 TiN、 WSi、 Ptln2、 Nd/Al、 Ni/Si、 Pd/Al、 Ta/Al、 Ti/Ag、 Ta/Ag、 Ti/Al、 Ti/Au、 Ti/TiN、 Zr/ZrN、 Au/Ge/Ni、 Cr脂Au、 Ni/Cr/Au、 Ti/Pd/Au、 Ti/Pt/Au、 Ti/Al/Ni/Au、 Au/Si/Ti/Au/Si、 Au/Ni/Ti/Si/Ti或其合金材料。而第二 電極180的材料可例如為Ni/Au、 NiO/Au、 Pd/Ag/Au/Ti/Au、 Pt/Ru、 Ti/Pt/Au、 P麵、Ni/Pd/Au、 Pt/Ni/Au、 Ru/Au、 Nb/Au、 Co/Au、 Pt扁Au、 Ni/Pt、 Niln 、 Pt3In7或其合金材料。因此，本實施的發(fā)光二極管IOO是借由幾何圖案層130和金屬反射層140 來形成周期性結(jié)構(gòu)的反射面，因而可反射不同角度的入射光，使由磊晶結(jié)構(gòu)120 所發(fā)出的光線在經(jīng)由金屬反射層140的反射后可有效地正向出光，進而提升發(fā) 光二極管100的光取出率，增加發(fā)光二極管100的發(fā)光效率。請參照圖3A和圖3B，其繪示依照本發(fā)明的第二實施例的發(fā)光二極管的制 程剖面圖。以下僅就本實施例與第一實施例的相異處進行說明，關(guān)于相似處在 此不再贅述。相較于第一實施例的圖1E和圖1F，第二實施例的發(fā)光二極管300 至少包含有磊晶結(jié)構(gòu)層320、幾何圖案層330、金屬反射層340、接合層350、 永久基板360、第一電極370、第二電極380及絕緣保護層390。接合層350、 金屬反射層340、幾何圖案層330及磊晶結(jié)構(gòu)層320是依序地堆疊于永久基板 360上，其中磊晶結(jié)構(gòu)層320具有第一電性半導(dǎo)體層321、主動層322、第二電 性半導(dǎo)體層323、第二電性接觸層324及第一電性接觸層325，且第二電性半 導(dǎo)體層323暴露出一部分表面323a。第一電極370是形成第一電性接觸層325 上，而第二電極380是形成于第二電性半導(dǎo)體層323的部分表面323a，且永久 基板360的材質(zhì)為不導(dǎo)電或?qū)щ姡蚨纬蓹M向?qū)ㄐ徒Y(jié)構(gòu)。如圖3A和圖3B所示，在移除成長基材310和形成第一電性接觸層325 后，接著，利用干式蝕刻、濕式蝕刻或機械切割研磨來移除部分第一電性半導(dǎo) 體層321和部分主動層322，以暴露出第二電性半導(dǎo)體層323的部分表面323a。 接著，形成第一電極370于第一電性接觸層325上，并形成第二電極380于第 二電性半導(dǎo)體層323的部分表面323a上，以形成橫向?qū)ㄐ徒Y(jié)構(gòu)。接著，形成 絕緣保護層390于第一電性接觸層325和第二電性半導(dǎo)體層323所未覆蓋的表面上，以封裝保護元件，絕緣保護層390的材料例如可為含硅的氧化物、氮 化物或高介電有機材料，因而完成本實施例的發(fā)光二極管300。因此，第二實 施例的發(fā)光二極管300可借由幾何圖案層330和金屬反射層340來提升光取出 率，增加發(fā)光效率。由上述本發(fā)明的實施例可知，本發(fā)明的發(fā)光二極管是借由幾何圖案層和金 屬反射層來形成周期性結(jié)構(gòu)的反射面，以反射不同角度的入射光來集中正向出 光，因而可提升光取出率，進而增加發(fā)光效率。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾， 因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光二極管，其特征在于，至少包含一永久基板，具有相對的一第一表面和一第二表面；一接合層，設(shè)于所述永久基板的所述第一表面上；一幾何圖案層，設(shè)于所述接合層上，其中所述幾何圖案層具有一周期性結(jié)構(gòu)；一金屬反射層，設(shè)于所述接合層和所述幾何圖案層之間；一磊晶結(jié)構(gòu)，設(shè)于所述幾何圖案層上，其中所述磊晶結(jié)構(gòu)設(shè)有一第二電性半導(dǎo)體層、一主動層及一第一電性半導(dǎo)體層，以依序形成于所述幾何圖案層上，且所述第二電性半導(dǎo)體層的電性是相反于所述第一電性半導(dǎo)體層；一第一電極，形成于所述磊晶結(jié)構(gòu)上；以及一第二電極，形成于所述永久基板的第二表面上。
2. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述磊晶結(jié)構(gòu)還設(shè)有一 第一電性接觸層和一第二電性接觸層，其中所述第一電性接觸層是設(shè)于所述第 一電極和所述第一電性半導(dǎo)體層之間，而所述第二電性接觸層是設(shè)于所述幾何 圖案層和所述第二電性半導(dǎo)體層之間。
3. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述幾何圖案層設(shè)有多 數(shù)個金字塔形結(jié)構(gòu)，且每一金字塔形結(jié)構(gòu)的底角角度是實質(zhì)小于90度。
4. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述永久基板的材料具 有導(dǎo)電性，且所述永久基板的材料是選自由磷砷化鎵、磷化鋁鎵銦、砷化鋁鎵、 磷化鎵、硅及金屬材質(zhì)所組成的一族群。
5. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述幾何圖案層的材料 是選自由氧化硅、氮化硅、氧化鈦及氧化鋁所組成的一族群。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述接合層的材料是選 自由銀膠、自發(fā)性導(dǎo)電高分子或高分子中摻雜導(dǎo)電材質(zhì)、鋁、金、鉑、鋅、銀、 鎳、鍺、銦、錫、鈦、鉛、銅、鈀或其合金所組成的一族群。
7. —種發(fā)光二極管，其特征在于，至少包含 一永久基板；一接合層，設(shè)于所述永久基板上；一幾何圖案層，設(shè)于所述接合層上，其中所述幾何圖案層具有一周期性結(jié)構(gòu)；一金屬反射層，設(shè)于所述接合層和所述幾何圖案層之間； 一磊晶結(jié)構(gòu)，設(shè)于所述幾何圖案層上，其中所述磊晶結(jié)構(gòu)至少包含.-一第二電性半導(dǎo)體層，設(shè)于所述幾何圖案層上，并暴露出一部分表面；一主動層，設(shè)于所述第二電性半導(dǎo)體層上；以及 一第一電性半導(dǎo)體層，設(shè)于所述主動層上，其中所述第二電性半導(dǎo) 體層的電性是相反于所述第一電性半導(dǎo)體層；一第二電極，設(shè)于所述第二電性半導(dǎo)體層的所述部分表面上；以及一第一電極，設(shè)于所述第一電性半導(dǎo)體層上。
8. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述磊晶結(jié)構(gòu)還至少包含一第一電性接觸層，設(shè)于所述第一電極和所述第一電性半導(dǎo)體層之間；以及一第二電性接觸層，設(shè)于所述幾何圖案層和所述第二電性半導(dǎo)體層之間。
9. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述永久基板的材質(zhì)具 有導(dǎo)電性或具有不導(dǎo)電性。
10. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于，還至少包含一絕緣保護層，形成于所述第一電性接觸層和所述第二電性半導(dǎo)體層所未 覆蓋的表面上，其中所述絕緣保護層是選自由含硅的氧化物、氮化物及高介電 有機材料所組成的一族群。
全文摘要
一種發(fā)光二極管及其制造方法。此發(fā)光二極管的制造方法至少包含依序形成接合層、金層反射層、幾何圖案層、磊晶結(jié)構(gòu)及第一電極于永久基板上，其中幾何圖案層具有一周期性結(jié)構(gòu)；形成第二電極于永久基板的一側(cè)，因而完成發(fā)光二極管。本發(fā)明的發(fā)光二極管是借由幾何圖案層和金屬反射層來形成周期性結(jié)構(gòu)的反射面，以反射不同角度的入射光，使發(fā)光二極管的發(fā)光集中由正向出光，因而可提升光取出率，進而增加發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/46GK101276863SQ20071009171
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者余國輝, 古依雯, 楊于錚, 林安茹, 柯淙凱, 郭政達, 陳緯守 申請人:晶元光電股份有限公司