專利名稱：光電元件粗化結(jié)構(gòu)、粗化表面、粗化層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)及其工藝，尤其是一種光電元件雙重 尺度粗化結(jié)構(gòu)及其工藝。
背景技術(shù)：
使用固態(tài)材料的發(fā)光元件，其發(fā)光效率主要是內(nèi)部量子效率與外部量子 效率兩者加成后的結(jié)果。 一般而言，內(nèi)部量子效率與材料本身的特性以及外 延質(zhì)量較有關(guān)系，外部量子效率則與材料的折射率以及表面平整度有關(guān)。然 而，公知發(fā)光二極管的效率受限于無法將產(chǎn)生的光線完全向外發(fā)射，因為典 型的半導體材料與周遭空氣("=1.0)或封裝材料一環(huán)氧化物"》1.5)相比 較而言，具有較高的折射系數(shù)2.2-3.8)。
根據(jù)司乃耳定律(Snell'sLaw)，當光線由高折射系數(shù)區(qū)域向低折射系 數(shù)區(qū)域入射時，若是入射角度大于臨界角，則光線會產(chǎn)生全反射，因而無法 進入低折射系數(shù)區(qū)域。因此，發(fā)光二及體內(nèi)部的大部分光線都是因為在向外 發(fā)射時產(chǎn)生全內(nèi)反射(Total Internal Reflection; TIR)，導致發(fā)光二極管的整 體發(fā)光功率下降。
一種降低光線產(chǎn)生全內(nèi)反射的方法主要是在發(fā)光二極管表面上產(chǎn)生隨 機結(jié)構(gòu)形式的光線散射中心，此技術(shù)由Shnitzer等人提出，"30% External Quantum Efficiency From Surface Textured, Thin Film Light Emitting Diodes", Applied Physics Letters 63, 2174-2176 (1993)。此隨機結(jié)構(gòu)在反應離子蝕刻期 間，通過使用次微米直徑聚苯乙烯顆粒在發(fā)光二極管表面上作為掩模而在表 面上成型。此結(jié)構(gòu)化的表面特征在于光線波長的尺度可使光線的折射及反射 的方式無法由司乃耳定律來預測，因而產(chǎn)生隨機干擾效應。此方法可將發(fā)光 二極管的發(fā)光效率由9%改善到30%。
另外，請參考Kmmes等人提出的美國專利US 5779924，其通過在發(fā)光 二極管表面形成周期性的表面結(jié)構(gòu)，其中干擾效應即不再隨機，并且發(fā)光二極管的表面可將光線耦合到特殊模式或方向。此方法的缺點在于制造困難， 因為其表面形狀及樣式必須是均勻的，并且非常小，大約為發(fā)光二極管光線 的單一波長的尺度大小。
為了增加光凝聚也可利用將發(fā)光二極管的出光表面作成半球形。由
Scifres與Burnham所提出的美國專利US 3954534中，揭示一種發(fā)光二極管 陣列，其中每個發(fā)光二極管上分別具有半球形結(jié)構(gòu)。每一個半球形結(jié)構(gòu)在基 板中形成，而發(fā)光二極管陣列及成長于其上。然后，發(fā)光二極管與半球形結(jié) 構(gòu)即通過蝕刻方式以脫離基板。此方法的缺點為其限于將半球形結(jié)構(gòu)形成于 基板表面，而自基板移除上述結(jié)構(gòu)會造成制造成本的增加。同時，每個半球 形結(jié)構(gòu)均須要配置發(fā)光二極管，需要非常精密的工藝配合。
在美國專利US 5040044中，發(fā)光二極管元件利用化學試劑蝕刻使其表 面產(chǎn)生粗化，即可達到減少全反射并增加亮度的輸出。不過利用工藝加工的 方式，對于氮化鎵(GaN)系列的材料并不適用，因為氮化鎵系列的材料具 有很強的強固性與耐酸堿腐蝕， 一般的化學試劑與有機溶劑均難以蝕刻氮化 鎵系列的材料。而最常應用來蝕刻氮化鎵的方式為活性離子蝕刻(RIE)， 但是此種方式有會影響外延的質(zhì)量，并且增加工藝的復雜度。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上某些利益的需求，本發(fā)明提供 一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)及其工藝可用以解決上述傳統(tǒng)的光電元件未能達成 的目標。
本發(fā)明的目的提供一種半導體粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，其在光電元件的半 導體層外延過程中，通過高濃度摻雜(heavily-dope)雜質(zhì)，以使此半導體層 成長出第一粗化層。隨后，降低外延溫度以在第一粗化層上持續(xù)成長第二粗 化層。另外，上述的第一粗化層與第二粗化層分別由島體陣列與針孔(pin holes)陣列所組成，并且島體陣列包含多個隨機分布的島體，針孔陣列包含 多個隨機分布的針孔(pin holes)，其中上述的針孔不僅會在島體的頂部形 成，也會自島體的側(cè)面成長出針孔(pinholes)結(jié)構(gòu)，以形成光電元件的雙 重尺度粗化結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)，包含多個島體，分布于該光電元件的半導體層上；以及多個針孔，分布于該多個島體的頂部與側(cè)面。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化表面，包含第一粗化面，位于該光電元 件表面；以及第二粗化面，位于該第一粗化表面上，其中該第二粗化面的表
面粗化尺度大于或等于1/8該光電元件光源的波長。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化層，包含摻雜層，以高濃度摻雜方式外 延于該光電元件的半導體層上；以及低溫層，降低該摻雜層的外延溫度以持
續(xù)形成于該摻雜層上。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化表面，包含島體陣列，隨機分布于該光 電元件表面；以及針孔陣列，隨機分布于該島體陣列上，其中該針孔分布于 該島體的頂部與側(cè)面，其中該針孔的直徑大于或等于1/8該光電元件光源的波長。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)，包含多個島體，以高濃度摻雜方 式使該光電元件的半導體層生長出該多個島體；以及多個針孔，降低該多個
島體的外延溫度以持續(xù)該在該多個島體的頂部與側(cè)面形成多個針孔。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化層，包含第一粗化層，以高濃度摻雜方 式外延于該光電元件的半導體層上；以及第二粗化層，降低該第一粗化層的
外延溫度以持續(xù)形成該二粗化層，其中該第二粗化層的粗化尺度大于或等于
1/8該光電元件光源的波長。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化層的制造方法，包含在該光電元件的半 導體層的外延過程中，高濃度摻雜雜質(zhì)，以使該半導體層成長出第一粗化層；
以及降低外延溫度以在該第一粗化層上形成第二粗化層。
本發(fā)明包括一種半導體粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，包含提供半導體層；在 第一溫度下，高濃度摻雜雜質(zhì)，使該半導體層成長出多個島體；以及降低該 第一溫度到第二溫度，以形成多個針孔，其中該多個針孔分布于該多個島體 的頂部與側(cè)面。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化表面的制造方法，包含高濃度摻雜雜質(zhì)，
使該光電元件的表面成長出第一粗化面；以及降低工藝溫度，以在該第一粗 化面上形成表面粗化尺度大于或等于1/8該光電元件光源波長的第二粗化 面。
本發(fā)明包括一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，包含外延半導體層；高濃度摻雜雜質(zhì)，使該半導體層成長出島體陣列；降低外延溫度，以形成針
孔直徑大于或等于1/8該光電元件光源波長的針孔陣列，其中該針孔隨機分
布于該島體的頂部與側(cè)面。
而相較傳統(tǒng)技術(shù)而言，本發(fā)明提出的工藝具有低污染、工藝簡單、成本 低廉、光取出效率更佳、雙重尺度出光面的有效面積較大(幾乎無平滑出光 面存在)等等優(yōu)勢。
圖1A為光電元件粗化結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖1B為光電元件粗化結(jié)構(gòu)的俯視圖2與圖3A為光電元件粗化表面的側(cè)視圖3B為光電元件粗化表面的俯視圖4A為光電元件粗化層制造方法的流程圖4B為光電元件粗化層制造方法的結(jié)構(gòu)示意圖5A為半導體粗化結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖5B為半導體粗化結(jié)構(gòu)制造方法的結(jié)構(gòu)示意圖6A、圖6B與圖6C分別為不同的粗化結(jié)構(gòu)形貌；
圖7為不同表面形貌的紫外光發(fā)光二極管的遠場圖；以及
圖8為測量不同表面形貌的發(fā)光二極管隨電流增加的發(fā)光功率圖。
其中，附圖標記說明如下
IIO多個島體
112頂部
114側(cè)面
120多個針孔
130半導體層
210第一粗化面
220第二粗化面
230光電元件表面
310島體陣列320針孔陣列
330光電元件表面
402半導體層
404第一粗化層
406第二粗化層
410， 420步驟
502半導體層
504多個島體
506多個針孔
510， 520， 530步驟
具體實施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向為一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)及其工藝。為了能徹 底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟及其組成。顯然地，本 發(fā)明的施行并未限定于光電元件粗化結(jié)構(gòu)及其工藝的技術(shù)人員所熟悉的特 殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的組成或步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成 本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的優(yōu)選實施例會詳細描述如下，然而除了這些 詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范 圍不受限定，其以所附的權(quán)利要求范圍為準。
為了增加光電元件的出光效率，可通過粗化光電元件表面以降低全反射 產(chǎn)生的機率，使得此光電元件能更有效地利用其所產(chǎn)生的光線。如專利號 US 6657236的美國專利提出一種加強光取出效率的發(fā)光二極管，其主要技術(shù) 特征沉積光凝聚元件(light extraction elements)的陣列于發(fā)光二極管內(nèi)部， 借此以產(chǎn)生發(fā)光二極管內(nèi)部空間的折射系數(shù)的改變，并通過此折射系數(shù)的變 化以折射或反射發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線。而為了增加光凝聚元件的有效性， 其通常具有比發(fā)光二極管封裝材料更高的折射系數(shù)，使得經(jīng)由光凝聚元件折 射或反射的光線得以透射出發(fā)光二極管封裝材料。此專利所提及的光凝聚元 件先通過蒸發(fā)、化學氣相沉積(CVD)或濺鍍法沉積光凝聚元件的材料于發(fā) 光二極管的半導體層上，再覆蓋掩模，并以濕蝕刻或反應離子蝕刻方式將掩 模圖案轉(zhuǎn)移到光凝聚元件的材料上，借此以形成上述的光凝聚元件。然而，此工藝不僅步驟繁復，成本昂貴，并且蝕刻過程也會造成大量污染。另外， 由上述工藝產(chǎn)生的光凝聚元件僅具有單一尺度，能夠提升的出光效率極其有 限。
另外，專利號US 7211831的美國專利提出類似地發(fā)光二極管，其主要 目的也為提供粗化結(jié)構(gòu)以反射或折射光線，并且通過改變粗化結(jié)構(gòu)的圖形排 列，以提高發(fā)光二極管的光強表現(xiàn)。上述圖形排列包含了周期性排列的圖形 以及非周期性排列的圖形，其中周期性圖形為重復排列的單元圖形，例如蜂 窩圖形、環(huán)狀圖形或阿基米德圖形等等，而非周期性圖形則包含了淮晶圖形、 羅賓遜圖形或安曼圖形等等。然而，此粗化結(jié)構(gòu)仍須經(jīng)過光刻工藝與蝕刻等 高成本、高污染的步驟，并且仍為僅具備單一尺度的粗化結(jié)構(gòu)。
一般而言，在使用有機金屬氣相外延成長(OMVPE)工藝時，比較在 氫氣環(huán)境中成長氮化鎵系列材料與在氮氣環(huán)境下成長氮化鎵系列材料，其成 長過程有極大的差異。因此，通過改變III族元素與V族元素的比例以及載 氣中氮氣與氫氣的含量變化，即可以控制外延表面的粗糙度。
另外，在不同溫度時，晶格表面的原子移動力也會不同。 一般而言，在 較低溫成長外延時，因為晶格表面的原子移動力不足，故通常會刻意降低外 延速率，以形成較好的外延質(zhì)量與較好的表面平整度。因此，相反地，通過 控制成長時的溫度、成長速率，也可以達到粗化表面的目的。
另外，若以有機金屬氣相外延成長方式成長氮化鎵系列材料，且是使用 氨氣(NH3)當作氮原子的來源時，由于材料本身的強固性(rigidity)，以 及考慮氨氣的裂解速率(dissociation rate)，除了活性發(fā)光層含有銦元素需 在較低溫成長外，其他外延層長溫度約在1000 120(TC之間。
根據(jù)上述，專利號US 6441403的美國專利提出一種粗化發(fā)光二極管表 面的方法，其應用外延成長技術(shù)直接成長粗糙表面。例如通過改變III族元 素與V族元素間的比例、載氣、溫度、壓力、成長速率等等環(huán)境因素，以成 長出粗糙的外延層。上述專利即揭示在低于IOO(TC成長p型或n型氮化鎵當 作電極接觸層，也即利用晶格表面原子較低的移動力而造成粗糙的表面。首 先，將可直接外延成長的藍寶石(epitaxy-ready sapphire)單晶基底裝載于有 機金屬氣相外延成長反應爐中。首先，在U5(TC溫度下預熱藍寶石基底十分 鐘，然后，將藍寶石基底降溫到500 60(TC。當藍寶石基底處于520'C時，
9在其表面上成長氮化鎵緩沖層。接著，將藍寶石基底加溫到110(TC時，在緩
沖層表面上成長出Si摻雜(N型硅摻雜)氮化鎵層。隨后，將藍寶石基底冷 卻到82(TC，并在N型硅摻雜氮化鎵層表面上成長氮化銦鎵/氮化鎵 (InGaN/GaN)多層量子井結(jié)構(gòu)(multiple quantum well structure)或雙異質(zhì) 結(jié)構(gòu)(double-hetero structure)。之后，升高溫度到1100。C，在氮化銦鎵/氮 化鎵多層量子井結(jié)構(gòu)表面上成長平滑P型鎂摻雜氮化鎵層。最后，改變成長 參數(shù)，在低溫下故意成長粗糙的P型鎂摻雜氮化鎵層。此制造方式雖己簡化 工藝步驟、降低污染及成本，但以上述工藝所產(chǎn)生的粗糙表面仍僅為單一尺 度的表面形態(tài)。
類似地，專利號WO 2007/058474的世界專利提出一種形成雙重尺度粗 糙表面的方法，其也通過降低半導體層外延時的溫度，以在半導體層上形成 具有多個六角形小孔(hexagonal pinholes)的粗糙表面。隨后，再在此粗糙 表面上配置掩模，以粗糙表面上無小孔的平坦部分形成多個微小突起，借此 以產(chǎn)生雙重尺度的粗糙表面。雖然此具有雙重尺度的粗糙表面已大幅改良前 述單一尺度表面的缺陷，但是上述的微小突起仍只分布于粗糙表面上無小孔 的平坦部分，小孔中的斜面部分仍為光滑平坦，并無法將半導體表面全部粗 糙化。另外，此雙重尺度粗糙表面也需通過配置掩模并搭配蝕刻工藝以形成 微小突起，依舊具有高成本與高污染等問題存在。
有鑒于此，本發(fā)明提出一種半導體粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，其在光電元件 的半導體層外延過程中，通過高濃度慘雜(heavily-dope)雜質(zhì)，以使此半導 體層成長出第一粗化層，其中，此時的環(huán)境溫度約為1000 1200°C。隨后， 降低外延溫度200 65(TC，以持續(xù)在第一粗化層上成長第二粗化層。上述的 雜質(zhì)包含鎂(Mg)、硅(Si)或鎂與硅的組合，并且此雜質(zhì)的濃度約為 lxl0M ~9.9xl022 /cm3 。
另外，對上述的半導體層進行高濃度摻雜的外延工藝時，半導體層會成 長出具有多個隨機分布島體的島體陣列，以形成上述的第一粗化層。當?shù)谝?粗化層在較低溫度下持續(xù)進行外延時，第一粗化層上會成長出具有多個隨機 分布針孔(pinholes)的針孔(pinholes)陣列，以形成第二粗化層，其中上 述的針孔不僅會形成于島體的頂部，也會自島體的側(cè)面成長出針孔 構(gòu)，使 得半導體層可被完全地粗糙化，以形成更完整的雙重尺度粗化結(jié)構(gòu)。此粗化結(jié)構(gòu)可依據(jù)不同工藝以形成于光電元件內(nèi)部或表面，以通過反射或折射光線 加強光電元件的出光效率。
為了形成上述的針孔結(jié)構(gòu)，美國專利US 7385226已提出相關(guān)的技術(shù)內(nèi) 容。此專利提出一種發(fā)光二極管，包含基板；形成于基板上的第一氮化物半 導體迭層；形成于第一氮化物半導體迭層上的氮化物發(fā)光層；與形成于氮化 物發(fā)光層上的第二氮化物半導體迭層，其中，在第二氧化物半導體迭層相對 于氮化物發(fā)光層的表面處，包含多個向下延伸之內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造。此內(nèi) 六角錐形孔穴于P型半導體層中，并且以外延溫度700 950。C范圍成長，使 其改變外延成核形態(tài)，而在P型半導體迭層或表層中形成內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu) 造。通過調(diào)控外延溫度的變化與升降溫速率，即可控制內(nèi)六角錐形孔穴的大 小與密度，進而改變出光效率。參考圖1A與圖1B所示，其為根據(jù)上述工藝 所形成的光電元件粗化結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖與俯視圖。此粗化結(jié)構(gòu)包含多個島體 110與多個針孔120，其中多個島體110分布于光電元件的半導體層130上， 并且多個針孔120分布于多個島體110的頂部112與側(cè)面114。另外，上述 的多個針孔120還可分布于多個島體110間的半導體層130上。因此，不論 多個島體110的頂部112與側(cè)面114，或是多個島體110間的半導體層130， 均可密布多個針孔120，以達成雙重尺度粗糙化的目的。上述的多個島體110 與半導體層130均可為P型氮化鎵(P-GaN) 、 N型氮化鎵(N-GaN) 、 P 型氮化鋁鎵(P-AlGaN)或N型氮化鋁鎵(N-AlGaN)，并且島體110與針 孔120的尺度比約為1000: 1至U 10: 1，其中島體的尺度約為0.1 10/ ， 并且針孔120尺度大于或等于1/8光電元件光源的波長。上述的針孔120的 直徑約為10 1000m ，并且針孔的分布密度約為107 10"cm-2。
參考圖2所示，其為光電元件粗化表面的側(cè)視圖。此粗化表面包含第一 粗化面210與第二粗化面220，其中第一粗化面210位于光電元件表面230， 并且第二粗化面220位于第一粗化面210上。同理，上述的第一粗化面210、 第二粗化面220與光電元件表面230均可為P型氮化鎵或N型氮化鎵，并且 第一粗化面210與第二粗化面220的表面粗化尺度比約為1000: 1到10: 1， 其中第一粗化面210的表面粗化尺度約為0.1 10/^，并且第二粗化面220 的表面粗化尺度大于或等于1/8光電元件光源的波長，約為10 1000"m 。
參考圖3A與圖3B所示，其為光電元件粗化表面的側(cè)視圖與俯視圖。此粗化表面包含島體陣列310與針孔陣列320，其中島體陣列310隨機分布于 光電元件表面330，并且針孔陣列320也隨機分布于島體陣列310上，其中 針孔陣列320隨機分布于島體陣列310的島體的頂部與側(cè)面。上述的島體陣 列310、針孔陣列320與光電元件表面330均可為P型氮化鎵或N型氮化鎵， 并且島體陣列310的島體與針孔陣列320上針孔的尺度比約為1000:1到10: 1，其中島體陣列310的尺度約為0.1 10，，并且針孔陣列320的針孔直徑 大于或等于1/8光電元件光源的波長，約為10 1000mn 。
換言之，上述的多個島體IIO、第一粗化面210與島體陣列310均可以 高濃度摻雜方式外延于光電元件的半導體層或表面上，以形成摻雜層(或稱 為第一粗化層)。另外，上述的多個針孔120、第二粗化面220與針孔陣列 320也可通過降低摻雜層的外延溫度，以持續(xù)在摻雜層上形成低溫層(或稱 為第二粗化層)。
如圖4A與圖4B所示，本發(fā)明也提出一種光電元件粗化層的制造方法。 首先，在光電元件的半導體層402的外延過程中，高濃度摻雜雜質(zhì)，以使半 導體層402成長出第一粗化層404，如步驟410所示。隨后，如步驟420所 示，降低外延溫度以持續(xù)形成第二粗化層406于第一粗化層404上。
參考圖5A與圖5B所示，其為一種半導體粗化結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖與 結(jié)構(gòu)示意圖。首先，如步驟510所示，提供半導體層502。隨后，如步驟520 所示，在第一溫度下，高濃度摻雜雜質(zhì)于半導體層502中，使半導體層502 成長出多個島體504。最后，如步驟530所示，降低第一溫度到第二溫度， 以形成多個針孔506，其中多個針孔506分布于多個島體504的頂部與側(cè)面， 還可分布于多個島體504間的半導體層502上。更重要的是，上述的第一溫 度高于第二溫度，其中第一溫度約為1000 1200°C，第二溫度約為500 950 。C。
類似地，本發(fā)明也提出一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)的制造方法。首先，在光 電元件工藝中，外延半導體層。隨后，高濃度摻雜雜質(zhì)，使半導體層成長出 島體陣列。最后，降低外延溫度，以形成針孔直徑大于或等于1/8光電元件 光源波長的針孔陣列，其中針孔隨機分布于島體的頂部與側(cè)面。同理，本發(fā) 明還提出一種光電元件粗化表面的制造方法。首先，高濃度摻雜雜質(zhì)，使光 電元件的表面成長出第一粗化面。隨后，再降低工藝溫度，以在第一粗化面上形成表面粗化尺度大于或等于1/8光電元件光源波長的第二粗化面。
上述的雜質(zhì)可為鎂、硅或鎂與硅的組合，并且在本發(fā)明中，此雜質(zhì)的較佳濃度為lxl02。 9.9x1022 /，3。另夕卜，上述的半導體層、第一粗化層、多個
島體、島體陣列或第一粗化面的外延溫度約為iooo i2oo°c，并且第二粗化
層、多個針孔、針孔陣列或第二粗化面的外延溫度約為500 950°C，其中兩者間的降溫差約為200 65(TC。另外，光電元件的半導體層可為P型氮化鎵或N型氮化鎵，而隨后外延形成的第一粗化層、第二粗化層，或多個島體，或島體陣列、針孔陣列，或第一粗化面、第二粗化面也會與半導體層的材料相同。
參考圖6A、圖6B與圖6C所示，其中圖6A為以lxl02。 9.9xl0 22 /c附3的高濃度摻雜鎂時，半導體層所生長出的島體形貌。圖6B為以500 95(TC的相對低溫外延而成的針孔形貌。圖6C為綜合上述工藝所產(chǎn)生的雙重尺度粗
參考圖7所示，其為測量不同表面形貌的紫外光發(fā)光二極管(UVLEDs)的遠場圖(far-field patterns)，其中實線為具有雙重尺度粗糙表面的發(fā)光二極管的出光表現(xiàn)，而虛線則為平滑表面的發(fā)光二極管的出光表現(xiàn)。明顯地，具有雙重尺度粗糙表面的發(fā)光二極管的發(fā)光效率遠遠優(yōu)于僅有平滑表面的
、、參考圖8所示，其為測量不同表面形貌的發(fā)光二極管隨電流增加的發(fā)光功率表現(xiàn)，其中矩形線為平滑表面的發(fā)光二極管、正三角線為僅以圖6A的島體為粗糙表面的發(fā)光二極管、倒三角線為僅以圖6B的針孔為粗糙表面的發(fā)光二極管、圓形線為以圖6C的雙重尺度結(jié)構(gòu)為粗糙表面的發(fā)光二極管。由圖中可知，具有雙重尺度粗糙表面的發(fā)光二極管的出光效率明顯地優(yōu)于單一尺度或平滑表面的發(fā)光二極管。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修正，均應包含在下述申請權(quán)利要求書之內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種光電元件粗化結(jié)構(gòu)，包含多個島體，分布于該光電元件的半導體層上；以及多個針孔，分布于該多個島體的頂部與側(cè)面。
2. —種光電元件粗化表面，包含 第一粗化面，位于該光電元件表面；以及第二粗化面，位于該第一粗化表面上，其中該第二粗化面的表面粗化尺 度大于或等于1/8該光電元件光源的波長。
3. —種光電元件粗化層，包含摻雜層，以高濃度摻雜方式外延于該光電元件的半導體層上；以及 低溫層，降低該摻雜層的外延溫度以持續(xù)形成于該摻雜層上。
4. 一種光電元件粗化表面，包含 島體陣列，隨機分布于該光電元件表面；以及針孔陣列，隨機分布于該島體陣列上，其中該針孔分布于該島體的頂部 與側(cè)面，其中該針孔的直徑大于或等于1/8該光電元件光源的波長。
5. —種光電元件粗化結(jié)構(gòu)，包含多個島體，以高濃度摻雜方式使該光電元件的半導體層生長出該多個島體；以及多個針孔，降低該多個島體的外延溫度以持續(xù)形成該多個針孔于該多個 島體的頂部與側(cè)面。
6. —種光電元件粗化層，包含第一粗化層，以高濃度摻雜方式外延于該光電元件的半導體層上；以及 第二粗化層，降低該第一粗化層的外延溫度以持續(xù)形成該二粗化層，其 中該第二粗化層的粗化尺度大于或等于1/8該光電元件光源的波長。
7. —種光電元件粗化層的制造方法，包含在該光電元件的半導體層的外延過程中，高濃度摻雜雜質(zhì)，以使該半導 體層成長出第一粗化層；以及降低外延溫度以在該第一粗化層上形成第二粗化層。
8. —種半導體粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，包含 提供半導體層；在第一溫度下，高濃度摻雜雜質(zhì)，使該半導體層成長出多個島體；以及 降低該第一溫度到第二溫度，以形成多個針孔，其中該多個針孔分布于 該多個島體的頂部與側(cè)面。
9. 一種光電元件粗化表面的制造方法，包含高濃度摻雜雜質(zhì)，使該光電元件的表面成長出第一粗化面；以及降低工藝溫度，以在該第一粗化面上形成表面粗化尺度大于或等于1/8該光電元件光源波長的第二粗化面。
10. —種光電元件粗化結(jié)構(gòu)的制造方法，包含 外延半導體層；高濃度摻雜雜質(zhì)，使該半導體層成長出島體陣列；降低外延溫度，以形成針孔直徑大于或等于1/8該光電元件光源波長的 針孔陣列，其中該針孔隨機分布于該島體的頂部與側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明提供光電元件粗化結(jié)構(gòu)、粗化表面、粗化層及其制造方法。本發(fā)明提供一種具有雙重尺度粗化結(jié)構(gòu)的光電元件，其在光電元件的半導體層外延過程中，通過高濃度摻雜雜質(zhì)，以使此半導體層成長出多個島體。隨后，降低外延溫度以持續(xù)在多個島體上形成多個針孔，其中針孔分布于島體的頂部與側(cè)面，可大幅降低光線在光電元件內(nèi)部的全反射率，進而增加光電元件的光強表現(xiàn)。而和傳統(tǒng)技術(shù)相比較而言，本發(fā)明提出的工藝具有低污染、工藝簡單、成本低廉、光取出效率更佳、雙重尺度出光面的有效面積較大等等優(yōu)勢。
文檔編號H01L33/00GK101640235SQ200810134490
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司