專利名稱：高光取出率發(fā)光二極管,及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，及其制作方法，特別是涉及一種具有高光取出率的發(fā)光二極管，及其制作方法。
背景技術(shù)：
參閱圖1，發(fā)光二極管具有一磊晶基板11、一發(fā)光單元12，及一電極單元13。該發(fā)光單兀12具有一形成于該嘉晶基板11上的一第一型半導(dǎo)體層121、一形成于該第一型半導(dǎo)體層121部分表面的發(fā)光層122,及一形成于該發(fā)光層122表面的第二型半導(dǎo)體層123,該電極單元13具有一與該第一型半導(dǎo)體層121連接的第一電極131，及一與該第二型半導(dǎo)體層123連接的第二電極132。當(dāng)外界經(jīng)由該第一電極131、第二電極132配合提供電能至該發(fā)光單兀12時(shí),該發(fā)光層122會以光電效應(yīng)發(fā)光。
—般發(fā)光二極管的光電效率是以外部量子效率表不,而外部量子效率又為內(nèi)部量子效率與光取出率的乘積；其中，光取出率則為該發(fā)光層122產(chǎn)生的光子與成功離開半導(dǎo)體光電組件內(nèi)部的光子量的比值。然而以目前發(fā)光層122常用的GaN類半導(dǎo)體材料為例，GaN的折射率(η)約為2. 5，空氣為1，因此由該發(fā)光層122產(chǎn)生的光在接觸該發(fā)光層122與空氣的界面時(shí)，大部分的光會因?yàn)槿瓷涠鵁o法向外發(fā)出，使得該發(fā)光二極管實(shí)際的光取出率只有4 %，而無法有效提升發(fā)光二極管的光電效率。目前常用來提升發(fā)光二極管光取出率的方法，大都是以蝕刻方式在發(fā)光二極管的磊晶基板11表面形成規(guī)則或不規(guī)則形狀的粗化結(jié)構(gòu)，或借由改變發(fā)光單元12出光面的結(jié)構(gòu)，減少光的全反射作用，以提升發(fā)光二極管的光取出效率。然而，以蝕刻方式對發(fā)光單元12進(jìn)行粗化后制得的發(fā)光二極管組件，在電性表現(xiàn)方面有顯著的不良影響；而以蝕刻磊晶基板11形成粗化結(jié)構(gòu)的方式，則因目前用于發(fā)光二極管的磊晶基板11大多是由硅、碳化硅、氧化鋁等材料構(gòu)成，因此，以蝕刻該磊晶基板11形成粗化結(jié)構(gòu)的方式，不僅需耗費(fèi)較多的制程時(shí)間，且所形成的粗化結(jié)構(gòu)精度也不易控制，而容易有亮度不均勻的問題產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高光取出率的發(fā)光二極管。此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種制程簡便且具有高光取出率的發(fā)光二極管制作方法。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，包含一磊晶基板、一發(fā)光單元，及一用以提供電能至該發(fā)光單元的電極單元；該磊晶基板具有一基材，及多個(gè)第一透光錐，該基材具有一平坦的表面，所述第一透光錐概呈錐狀，是由與該基材不同且折射率低于該基材的材料構(gòu)成而形成于該表面，且任兩相鄰的第一透光錐彼此不連接，該發(fā)光單元設(shè)置在該磊晶基板具有所述第一透光錐的表面，在接收電能時(shí)以光電效應(yīng)發(fā)光，具有依序自該基材及所述第一透光錐的表面向上形成的一第一型半導(dǎo)體層、一發(fā)光層，及一電性與該第一型半導(dǎo)體層相反的第二型半導(dǎo)體層，該第一型半導(dǎo)體層具有一與該基材及所述第一透光錐連接的底膜、多個(gè)形成于該底膜表面的第二透光錐，及一形成于該底膜及所述第二透光錐表面的頂膜，所述第二透光錐概呈錐狀，由折射率與該頂膜及底膜不同的材料構(gòu)成，且任兩相鄰的第二透光錐彼此不連接。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中該每一個(gè)第一透光錐概呈圓錐狀，具有一與該表面連接的第一底面，及一由該第一底面至該第一透光錐頂部的第一高度，該底面的最大寬度為第一寬度，所述第一透光錐的第一高度與第一寬度的比值介于O. 25 I. O之間，且任兩相鄰的第一透光錐的間距不大于I μ m。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中該第一型半導(dǎo)體層的底膜與所述第一透光錐的表面共同界定出至少一個(gè)氣穴。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中該每一個(gè)第二透光錐概呈圓錐狀，具有一與該底膜連接的第二底面，及一由該第二底面至該第二透光錐頂部的第二高度，該第二底面的最大寬度為第二寬度，所述第二透光錐的第二高度與第二寬度比值介于O. 25 I. O之間，且任兩相鄰的第二透光錐的間距不大于I μ m。 本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中該基材的構(gòu)成材料包括氧化鋁、碳化硅、硅，或氮化鋁。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中所述第一透光錐的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。本發(fā)明高光取出率的發(fā)光二極管，其中所述第二透光錐的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。此外，本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，包含以下步驟。(a)自一基材表面依序形成一第一蝕刻層及一第一光阻層，其中，該第一蝕刻層是由與該基材不同且折射率低于該基材的材料構(gòu)成，接著，以微影制程令該第一光阻層形成
一第一屏蔽圖案。(b)將該具有第一屏蔽圖案的基材實(shí)質(zhì)加熱至不高于該第一光阻層構(gòu)成材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度，對該第一屏蔽圖案進(jìn)行熱整形。(C)以該經(jīng)過熱整形的第一屏蔽圖案為屏蔽，利用干式蝕刻方式，令該第一蝕刻層形成多個(gè)彼此間隔且概呈錐狀的第一透光錐，然后移除該第一屏蔽圖案。(d)于該基材及所述第一透光錐的表面形成一由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的底膜，再于該底膜表面依序形成一第二蝕刻層及一第二光阻層，再以微影制程令該第二光阻層形成一第二屏蔽圖案。(e)將該具有第二屏蔽圖案的基材實(shí)質(zhì)加熱至該第二光阻層構(gòu)成材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度，對該第二屏蔽圖案進(jìn)行熱整形，再以該經(jīng)過熱整形的第二屏蔽圖案為屏蔽，利用干式蝕刻方式，令該第二蝕刻層形成多個(gè)彼此間隔且概呈錐狀的第二透光錐，然后移除該第二屏蔽圖案，接著再于該底膜及所述第二透光錐的表面形成一由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的頂膜，完成該第一型半導(dǎo)體層，(f)于該第一型半導(dǎo)體層表面依序形成一發(fā)光層及一電性與該第一型半導(dǎo)體層相反的第二型半導(dǎo)體層。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，還包含一步驟(g)，形成一提供電能至該發(fā)光單元的電極單元。
本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，該步驟(C)是控制令該基材與該第一屏蔽圖案的蝕刻選擇比介于I : O. 5 I : 1.5。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該每一個(gè)第一透光錐概呈圓錐狀，具有一與該表面連接的第一底面，及一由該第一底面至該第一透光錐頂部的第一高度，該第一底面的最大寬度為第一寬度，所述第一透光錐的第一高度與第一寬度比值介于
O.25 I. O之間。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該步驟(e)是控制令該基材與該第二屏蔽圖案的蝕刻選擇比介于I : O. 5 I : 1.5。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該每一個(gè)第二透光錐概呈圓錐狀，具有一與該底膜連接的第二底面，及一由該第二底面至該第二透光錐頂部的第二高度，該第二底面的最大寬度為第二寬度，所述第二透光錐的第二高度與第二寬度比值介于 O.25 I. O之間。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該步驟(d)是以橫向磊晶方式形成該底膜，且該底膜與所述第一透光錐的表面共同界定出至少一個(gè)氣穴。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該基材的構(gòu)成材料包括氧化鋁、碳化硅、硅，或氮化鋁。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該第一蝕刻層的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其中該第二蝕刻層的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。本發(fā)明的有益效果在于利用于該基材及第一型半導(dǎo)體層中形成多個(gè)第一透光錐、第二透光錐，由于不需直接對該基材或發(fā)光單元進(jìn)行蝕刻，因此制程簡便容易控制，且借由第一透光錐、第二透光錐的形狀及與第一型半導(dǎo)體層及基材的折射率差，還可讓發(fā)光單元發(fā)出的光進(jìn)行大量反射而有效提升發(fā)光二極管的光取出率。


圖I是一種以往發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管的較佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的局部放大圖；圖4是一個(gè)發(fā)光亮度模擬圖譜，說明該較佳實(shí)施例在未設(shè)置第二透光錐情況下的發(fā)光亮度模擬結(jié)果；圖5是一個(gè)示意圖，說明由所述第一透光錐與第一型半導(dǎo)體層共同界定的氣穴；圖6是一個(gè)流程方塊圖，說明該較佳實(shí)施例的制作方法；圖7是一個(gè)流程示意圖，輔助說明圖6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參閱圖2、3，本發(fā)明一種高光取出率發(fā)光二極管的制作方法的較佳實(shí)施例是可用于制作如圖2所示的發(fā)光二極管。
該高光取出率發(fā)光二極管包含一嘉晶基板2、一發(fā)光單兀3,及一電極單兀4。該嘉晶基板2具有一基材21,及多個(gè)間隔自該基材21表面向上凸起并呈圓維狀的第一透光錐22。該基材21選自硅、氧化鋁、碳化硅，及氮化鋁等材料構(gòu)成，具有一平坦的表面211,所述第一透光錐22形成于該表面211,是由折射率低于該基材21的材料構(gòu)成,且任兩相鄰的第一透光錐22彼此不連接。較佳地，為了配合后續(xù)的高溫制程，所述第一透光錐22的材料選自耐熱性不小于1000°C，且折射率介于該基材21與該發(fā)光單元3之間的材料構(gòu)成，適用于本較佳實(shí)施例所述第一透光錐22的構(gòu)成材料選自氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiONx),及氟化鎂(MgF2)。該發(fā)光單元3設(shè)置在該磊晶基板2具有所述第一透光錐22的表面211，在接收電能時(shí)以光電效應(yīng)發(fā)光，具有依序自該表面211向上形成的一第一型半導(dǎo)體層31、一發(fā)光層32，及一電性與該第一型半導(dǎo)體層31相反的第二型半導(dǎo)體層33，該第一型半導(dǎo)體層31具有 一與該基材21及所述第一透光錐22連接的底膜311、多個(gè)形成于該底膜311表面的第二透光錐312，及一形成于該底膜311及所述第二透光錐312表面的頂膜313，所述第二透光錐312由折射率與該頂膜313及底膜311不同的材料構(gòu)成，且任兩相鄰的第二透光錐312彼此不連接。該電極單元4具有一形成于該第一型半導(dǎo)體層31的第一電極41，及一形成于該第二型半導(dǎo)體層33的第二電極42，該第一電極41、第二電極42可配合提供電能至該發(fā)光單元3。當(dāng)外界經(jīng)由該第一電極41、第二電極42配合提供電能至該發(fā)光單元3時(shí)，該發(fā)光層32會以光電效應(yīng)發(fā)光，而自該發(fā)光層32發(fā)出朝向該磊晶基板2方向行進(jìn)的光，在接觸到所述第一透光錐22、第二透光錐312及該基材21時(shí)會進(jìn)行多次的反射及折射，令光線改變行進(jìn)方向，降低光線于接觸該發(fā)光單元3與該空氣界面時(shí)的全反射，而可有效提升發(fā)光二極管的光取出率。較佳地，任兩相鄰的第一透光錐22及第二透光錐312的間距SI及S2不大于I μ m，借由所述間距S1、S2的調(diào)控，可令該磊晶基板2及該第一型半導(dǎo)體層31的單位面積分別具有較高的第一透光錐22、第二透光錐312設(shè)置密度，而達(dá)到更佳的反射效果；每一第一透光錐22具有一與該表面211連接的第一底面221,該第一底面221具有一個(gè)最大的第一寬度Wl，及一由該第一底面221至該第一透光錐22頂部的第一高度Hl，當(dāng)該第一高度Hl/第一寬度Wl比小于O. 25時(shí)，會因所述第一透光錐22的第一高度Hl不足而使光線接觸所述第一透光錐22的入射角過大而降低光取出率，因此，該每一第一透光錐22的第一高度Hl與該第一寬度Wl比值(H1/W1)不小于O. 25。此外，該每一第二透光錐312具有一與該底膜311表面連接的第二底面314，該第二底面314具有一個(gè)最大的第二寬度W2，及一由該第二底面314至該第二透光錐312頂部的第二高度H2，當(dāng)該第二高度H2/第二寬度W2比小于O. 25時(shí)，所述第二透光錐312的第二高度H2不足而容易使光線接觸所述第二透光錐312的入射角過大而降低光取出率，因此，較佳地，該每一第二透光錐312的第二高度H2與該第二寬度W2比值(H2/W2)不小于O. 25。配合參閱圖4，是將所述第一透光錐22的第一寬度Wl固定為4 μ m，在輸入電流為20mA的條件下，于不同第一高度Hl條件下的發(fā)光亮度模擬結(jié)果。圖示中表示本發(fā)明高光取出率發(fā)光二極管在僅設(shè)置第一透光錐22而未設(shè)置第二透光錐312情況下的測試結(jié)果，其中，該基材21為一般藍(lán)寶石材料，所述第一透光錐22是由氧化硅構(gòu)成；-■_表示以往具有粗化結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石磊晶基板11制得的發(fā)光二極管。由圖4所述第一透光錐22在不同第一高度Hl與固定第一寬度Wl (于圖4中Wl=4ym)的比值(H1/W1)結(jié)果可知當(dāng)控制該第一透光錐22的第一高度Hl/第一寬度Wl比值在不小于O. 25的條件時(shí)，可調(diào)整光線于接觸該每一第一透光錐22的入射角，而有效提升該發(fā)光二極管的光取出率，較佳地，該每一第一透光錐22的第一高度Hl與該第一寬度Wl比值(H1/W1)介于O. 25 I. 0，更佳地，該每一第一透光錐22的第一高度Hl與該第一寬度Wl比值(H1/W1)介于O. 6 I. O之間。此外，由圖4的結(jié)果還可得知，以氧化硅為第一透光錐22構(gòu)成材料時(shí),該發(fā)光二極管的光取出率會高于藍(lán)寶石構(gòu)成的第一透光錐22。
由圖4可知，利用所述第一透光錐22即可有效增加該發(fā)光二極管的光取出率，由此可知，當(dāng)進(jìn)一步在該第一型半導(dǎo)體層31也設(shè)置相同結(jié)構(gòu)的第二透光錐312時(shí)，將可更進(jìn)一步將接觸所述第二透光錐312的光線再次折射，而令該發(fā)光二極管的光取出率可以再提升。參閱圖5，值得一提的是，該發(fā)光二極管還可包含由該第一型半導(dǎo)體層31的底膜311與所述第一透光錐22表面共同界定的至少一個(gè)氣穴23，該氣穴23可提供該第一型半導(dǎo)體層31與氣穴23之間更大的折射率差，讓朝自該基材21方向行進(jìn)的光更容易經(jīng)由該氣穴23與第一型半導(dǎo)體層31之界面向外發(fā)出。參閱圖6，本發(fā)明發(fā)光二極管的該較佳實(shí)施例，通過以下發(fā)光二極管制作方法的說明，當(dāng)可更清楚明白。本發(fā)明該發(fā)光二極管的制作方法包含以下七個(gè)步驟。配合參閱圖7，首先進(jìn)行步驟51，于該基材21表面形成該第一屏蔽圖案301。該步驟51是自該基材21表面依序形成一層第一蝕刻層200，及一層第一光阻層300，接著配合使用一具有預(yù)設(shè)圖案的第一光罩100，以微影制程將該第一光阻層300預(yù)定部份移除，致使部分第一蝕刻層200裸露出，令第一光阻層300的殘余部分形成該第一屏蔽圖案301。該第一光阻層300可依制程需求選自正型或負(fù)型光阻材料，該第一蝕刻層200選自折射率低于該基材21的透光材料構(gòu)成，例如，氧化硅(SiOx)、氮氧化硅(SiONx)，或氟化鎂(MgF2);較佳地，為配合后續(xù)制作該發(fā)光單元3的高溫制程及制成所述第一透光錐22對光線的折射效果，該第一蝕刻層200是選自耐熱性不小于ΙΟΟΟ ，且折射率與該基材21及該第一型半導(dǎo)體層31差異性較大的材料，例如，氧化硅(SiOx)或氟化鎂(MgF2)。具體的說，該步驟51是以化學(xué)氣相沉積方式于該基材21上形成該第一蝕刻層200,之后，于該第一蝕刻層200上形成該由正型光阻材料構(gòu)成的第一光阻層300,接著,再以該具有預(yù)定圖案的第一光罩100對該第一光阻層300進(jìn)行微影制程，將該第一光阻層300的預(yù)定部份移除，致使部分第一蝕刻層200露出，令第一光阻層300殘留的部分形成該第一屏蔽圖案301，由于該化學(xué)氣相沉積制程及微影制程為半導(dǎo)體制程領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，因此，不再多加贅述。接著進(jìn)行步驟52，將該具有第一屏蔽圖案301的基材21進(jìn)行熱整形。該步驟52是將前述該具有屏蔽圖案301的基材21加熱到該正型光阻的玻璃轉(zhuǎn)換溫度(以下簡稱Tg)以下約5 10度的溫度條件下，持溫約60分鐘，以對該第一屏蔽圖案301進(jìn)行熱整形，利用高分子材料于Tg時(shí)的分子鏈運(yùn)動，將該第一屏蔽圖案301整形成具有最低表面能的圓弧形結(jié)構(gòu)。接著進(jìn)行步驟53，以該經(jīng)熱整形后的第一屏蔽圖案301為蝕刻屏蔽，制得該磊晶基板2。該步驟53是以該經(jīng)熱整形后的第一屏蔽圖案301為屏蔽，利用干式蝕刻的非等向蝕刻特性，對該第一蝕刻層200進(jìn)行蝕刻，令 該第一蝕刻層200形成多數(shù)個(gè)概呈圓錐狀的第一透光錐22，然后，將該第一屏蔽圖案301移除，制得該磊晶基板2。具體的說，該步驟53是在射頻功率約200 400W之間，蝕刻氣體可以使用含氟元素的氣體，例如CF4、SF6, CHFf等的條件下進(jìn)行干式蝕刻，即可得到所述第一透光錐22，較佳地，該基材21與該第一屏蔽圖案301的蝕刻選擇比介于I : O. 5 I : I. 5。然后，進(jìn)行步驟54,于該嘉晶基板2表面形成該第_■屏蔽圖案303。該步驟54是于該基材21及所述第一透光錐22的表面形成一由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的底膜311，再于該底膜311表面依序形成一第二蝕刻層201及一第二光阻層302，再配合使用一第二光罩101，以微影制程令該第二光阻層302形成一第二屏蔽圖案303，由于該第一型半導(dǎo)體材料的選擇為此技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，且該第二光阻層302及該第二蝕刻層201的材料及制作方式與該步驟51大致相同，因此不再多加贅述。接著，進(jìn)行步驟55，于該磊晶基板2表面形成該第一型半導(dǎo)體層31。該步驟55是將該具有第二屏蔽圖案303的基材21實(shí)質(zhì)加熱至該第二光阻層302構(gòu)成材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度以下約5 10度的溫度條件下，持溫約60分鐘，以對該第二屏蔽圖案303進(jìn)行熱整形，再以該經(jīng)過熱整形的第二屏蔽圖案303為屏蔽，利用干式蝕刻方式，令該第二蝕刻層201形成多數(shù)個(gè)彼此間隔且概呈圓錐狀的第二透光錐312，然后將該第二屏蔽圖案303移除，接著再于該底膜311及所述第二透光錐312的表面形成一由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的頂膜313，形成該第一型半導(dǎo)體層31，由于該干式蝕刻的相關(guān)制程參數(shù)控制與該步驟53相同，因此不再詳述。接著，進(jìn)行步驟56，形成該發(fā)光單元3。該步驟56是依序于該第一型半導(dǎo)體層31表面形成該發(fā)光層32及該電性與該第一型半導(dǎo)體層31相反的第二型半導(dǎo)體層33，即可完成該發(fā)光單元3。最后進(jìn)行步驟57，于該發(fā)光單元3上形成該電極單元4。該步驟57是先自該第二型半導(dǎo)體層33的預(yù)定表面向下蝕刻移除預(yù)定部分的第二型半導(dǎo)體層33、發(fā)光層32，致使局部該第一型半導(dǎo)體層31露出后，再分別于該第一半導(dǎo)體層31、第二型半導(dǎo)體層33表面沉積形成該具有第一電極41、第二電極42的電極單元4，即可完成如圖2所示該發(fā)光二極管。由于該發(fā)光單元3及電極單元4的相關(guān)材料選擇及制程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，且非為本發(fā)明的重點(diǎn)，因此不再多加贅述。值得一提的是，于進(jìn)行該步驟54，形成該底膜311時(shí)，可進(jìn)一步借由橫向磊晶方式，利用成長參數(shù)(如氣體組成、壓力及溫度)的控制，讓該底膜311與所述第一透光錐22表面不完全接觸，而形成至少一如圖5所示的氣穴23，由于橫向磊晶的相關(guān)參數(shù)控制為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，所以不再多加說明。借由該氣穴23的形成可讓自該發(fā)光層32發(fā)出朝自該基材21方向行進(jìn)的光更容易經(jīng)由所述第二透光錐312、氣穴23、第一透光錐22，及基材21不同的折射率變化，經(jīng)由多重折射及反射向外發(fā)出，而更進(jìn)一步提升該發(fā)光二極管的出光效率。本發(fā)明借由形成于該基材21且具有折射率低于該基材21的第一透光錐22，及形成于該第一型半導(dǎo)體層31間的第二透光錐312,利用所述第一透光錐22、第二透光錐312與該基材21之間的折射率差，讓自該發(fā)光單元3發(fā)出的光線于接觸到所述第一透光錐22、 第二透光錐312及該基材21時(shí)，可經(jīng)由多重折射及反射的效果，而可有效提升發(fā)光二極管的光取出率，此外，由于所述第一透光錐22、第二透光錐312是利用蝕刻第一蝕刻層200、第二蝕刻層201所制得，不像以往需直接蝕刻基材21或發(fā)光單元3的出光面形成粗化結(jié)構(gòu)，因此，不僅制程簡便，且更容易控制所形成的第一透光錐22、第二透光錐312的尺寸精度及均勻性，故確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種高光取出率發(fā)光二極管，包含一個(gè)磊晶基板、一個(gè)發(fā)光單元，及一個(gè)用以提供電能至該發(fā)光單元的電極單元；其特征在于該磊晶基板具有一個(gè)基材，及多個(gè)第一透光錐，該基材具有一個(gè)平坦的表面，所述第一透光錐呈錐狀，是由與該基材不同且折射率低于該基材的材料構(gòu)成而形成于該表面，且任兩個(gè)相鄰的第一透光錐彼此不連接，該發(fā)光單元設(shè)置在該磊晶基板具有所述第一透光錐的表面，在接收電能時(shí)以光電效應(yīng)發(fā)光，具有依序自該基材及所述第一透光錐的表面向上形成的一個(gè)第一型半導(dǎo)體層、一個(gè)發(fā)光層，及一個(gè)電性與該第一型半導(dǎo)體層相反的第二型半導(dǎo)體層，且該第一型半導(dǎo)體層具有一個(gè)與該基材及所述第一透光錐連接的底膜、多個(gè)形成于該底膜表面的第二透光錐，及一個(gè)形成于該底膜及所述第二透光錐表面的頂膜，所述第二透光錐呈錐狀，由折射率與該頂膜及底膜不同的材料構(gòu)成，且任兩個(gè)相鄰的第二透光錐彼此不連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于該每一個(gè)第一透光錐呈圓錐狀，具有一個(gè)與該表面連接的第一底面，及一個(gè)由該第一底面至該第一透光錐頂部的第一高度，該底面的最大寬度為第一寬度，所述第一透光錐的第一高度與第一寬度的比值介于O. 25 I. O之間，且任兩個(gè)相鄰的第一透光錐的間距不大于I μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于該第一型半導(dǎo)體層的底膜與所述第一透光錐的表面共同界定出至少一個(gè)氣穴。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于該每一個(gè)第二透光錐呈圓錐狀，具有一個(gè)與該底膜連接的第二底面，及一個(gè)由該第二底面至該第二透光錐頂部的第二高度，該第二底面的最大寬度為第二寬度，所述第二透光錐的第二高度與第二寬度比值介于O. 25 I. O之間，且任兩個(gè)相鄰的第二透光錐的間距不大于I μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于該基材的構(gòu)成材料包括氧化鋁、碳化硅、硅，或氮化招。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于所述第一透光錐的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管，其特征在于所述第二透光錐的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。
8.—種如權(quán)利要求I所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該制作方法包含 (a)自一個(gè)基材表面依序形成一個(gè)第一蝕刻層及一個(gè)第一光阻層，該第一蝕刻層是由與該基材不同且折射率低于該基材的材料構(gòu)成，接著，以微影制程令該第一光阻層形成一個(gè)第一屏蔽圖案； (b)將該具有第一屏蔽圖案的基材加熱至不高于該第一光阻層構(gòu)成材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度，對該第一屏蔽圖案進(jìn)行熱整形； (C)以該經(jīng)過熱整形的第一屏蔽圖案為屏蔽，利用干式蝕刻方式，令該第一蝕刻層形成多個(gè)彼此間隔且呈錐狀的第一透光錐，之后移除該第一屏蔽圖案； (d)于該基材及所述第一透光錐的表面形成一個(gè)由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的底膜，再于該底膜表面依序形成一個(gè)第二蝕刻層及一個(gè)第二光阻層，再以微影制程令該第二光阻層形成一個(gè)第二屏蔽圖案； (e)將該具有第二屏蔽圖案的基材加熱至該第二光阻層構(gòu)成材料的玻璃轉(zhuǎn)換溫度，對該第二屏蔽圖案進(jìn)行熱整形，再以該經(jīng)過熱整形的第二屏蔽圖案為屏蔽，利用干式蝕刻方式，令該第二蝕刻層形成多個(gè)彼此間隔且呈錐狀的第二透光錐，然后移除該第二屏蔽圖案，接著再于該底膜及所述第二透光錐的表面形成一個(gè)由第一型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的頂膜，完成該第一型半導(dǎo)體層； (f)于該第一型半導(dǎo)體層表面依序形成一個(gè)發(fā)光層及一個(gè)電性與該第一型半導(dǎo)體層相反的第二型半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該制作方法還包含一個(gè)步驟(g)，形成一個(gè)提供電能至該發(fā)光單元的電極單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該步驟(c)是控制令該基材與該第一屏蔽圖案的蝕刻選擇比介于I: 0.5 I : 1.5。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該每一個(gè)第一透光錐呈圓錐狀，具有一個(gè)與該表面連接的第一底面，及一個(gè)由該第一底面至該第一透光錐頂部的第一高度，該第一底面的最大寬度為第一寬度，所述第一透光錐的第一高度與第一寬度比值介于O. 25 I. O之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該步驟(e)是控制令該基材與該第二屏蔽圖案的蝕刻選擇比介于I : 0.5 I : 1.5。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該每一個(gè)第二透光錐呈圓錐狀，具有一個(gè)與該底膜連接的第二底面，及一個(gè)由該第二底面至該第二透光錐頂部的第二高度，該第二底面的最大寬度為第二寬度，所述第二透光錐的第二高度與第二寬度比值介于O. 25 I. O之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該步驟(d)是以橫向磊晶方式形成該底膜，且該底膜與所述第一透光錐的表面共同界定出至少一個(gè)氣穴。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該基材的構(gòu)成材料包括氧化鋁、碳化硅、硅，或氮化鋁。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該第一蝕刻層的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光取出率發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于該第二蝕刻層的構(gòu)成材料選自氧化硅、氮氧化硅，及氟化鎂。
全文摘要
一種高光取出率發(fā)光二極管，包含一磊晶基板、一發(fā)光單元，及一電極單元，該磊晶基板具有一基材，及多個(gè)第一透光錐，所述第一透光錐概呈錐狀，由折射率低于該基材的材料構(gòu)成，且任兩相鄰第一透光錐彼此不連接，該發(fā)光單元具有一第一型半導(dǎo)體層，該第一型半導(dǎo)體層具有一底膜、多個(gè)形成于該底膜表面的第二透光錐，及一形成于該底膜及所述第二透光錐表面的頂膜，所述第二透光錐由折射率與該頂膜及底膜不同的材料構(gòu)成，且任兩相鄰第二透光錐彼此不連接，借由第一透光錐、第二透光錐的形狀及與第一型半導(dǎo)體層及基材的折射率差，有效提升發(fā)光二極管的光取出率。此外，本發(fā)明還同時(shí)提供該高光取出率發(fā)光二極管的制作方法。
文檔編號H01L33/10GK102810608SQ20111034958
公開日2012年12月5日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者羅信明, 許世昌 申請人:兆鑫光電科技股份有限公司