CN101276863B - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管及其制造方法。此发光二极管的制造方法至少包含：依序形成接合层、金层反射层、几何图案层、磊晶结构及第一电极于永久基板上，其中几何图案层具有一周期性结构；形成第二电极于永久基板的一侧，因而完成发光二极管。本发明的发光二极管是借由几何图案层和金属反射层来形成周期性结构的反射面，以反射不同角度的入射光，使发光二极管的发光集中由正向出光，因而可提升光取出率，进而增加发光效率。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管及其制造方法，特别是有关于可提升光取出率的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管是由一种具有同质结构(Homostructure)、单异质结构(SingleHeterostructure)、双异质结构(Double Heterostructure；DH)、或是多重量子阱(Multiple Quantum Well；MQW)结构所堆叠而成的磊晶结构，其能自然放射出不同波长的光线的p-n结二极管。由于发光二极管具有低耗电量、低发热量、工作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯、光电产品的应用光源、以及光电通讯领域。
传统的发光二极管是在一个基板(Substrate)，一个n型下包覆层，一个主动层、以及一个p型上包覆层，借由电流通过主动层的磊晶结构而发光，并借由磊晶结构的各种不同组成来改变发光二极管发光波长。
通常，对发光二极管元件而言，发光亮度的高低主要是取决于主动层的量子效率(Quantum Efficiency)和光取出效率(Light Extraction Efficiency)。主动层的量子效率愈高，则发光二极管的发光亮度随之提高，主动层的量子效率一般主要是由磊晶的品质以及主动层的结构设计来增加其效率。另一方面，光取出效率愈高，发光二极管的发光亮度也会增加，光取出效率的改善主要是致力于克服，主动层所发出的光子中有大部分在发光二极管元件内部全反射而造成光损失的现象。
目前相当常见的一种增加发光二极管元件的光输出的方法，是透过提高发光二极管的光取出率。增加发光二极管的光取出效率的方法大致有下列几种。第一种是利用直接蚀刻发光二极管表面，来粗糙化表面，借以达到提高发光二极管的光取出效率的效果。在表面糙化的方式中，通常是透过掩模来保护表面的局部区域，再进行湿式或干式蚀刻，来达到表面糙化的目的。但，表面糙化的方式，表面糙化的均匀度不佳。第二种则是利用蚀刻方式来改变发光二极管的外型。然而，第二种方式的制程较为繁复，因此制程良率不佳。
发明内容
因此，本发明的目的是在于提供一种发光二极管与其制造方法，借以提升发光二极管的光取出率，增进发光效率。
本发明提供一种发光二极管，此发光二极管至少包含永久基板、接合层、几何图案层、金属反射层、磊晶结构、第一电极及第二电极。永久基板具有相对的第一表面和第二表面，接合层是设于永久基板的第一表面上，几何图案层是设于接合层上，其中几何图案层具有一周期性结构。金属反射层是设于接合层和几何图案层之间，磊晶结构是设于几何图案层上，第一电极是形成于磊晶结构上，第二电极是形成于永久基板的第二表面上。
本发明又提供一种发光二极管的制造方法，此发光二极管的制造方法，至少包含：提供成长基材；形成磊晶结构于成长基材上；形成几何图案层于磊晶结构上，其中几何图案层具有一周期性结构；形成金属反射层于几何图案层上；形成接合层于金属反射层上；形成永久基板于接合层上；移除成长基材；形成第一电极于磊晶结构上；以及形成第二电极于永久基板的表面上。
本发明再提供一种发光二极管，所述的发光二极管的磊晶结构是依序形成第一电性半导体层、主动层及第二电性半导体层，且第二电性半导体层的电性是相反于第一电性半导体层，其中第二电性半导体层具有一部分表面，而第二电极形成于第二电性半导体层的部分表面上，第一电极形成于第一电性半导体层的表面上。
因此本发明的发光二极管是借由几何图案层和金属反射层来形成周期性结构的反射面，以反射不同角度的入射光，使发光二极管的发光集中由正向出光，因而可提升光取出率，进而增加发光效率。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：
图1A至图1F是绘示根据本发明的第一实施例的发光二极管的制程剖面图。
图2是绘示根据本发明的第一实施例的发光二极管的金字塔形结构的侧视示意图。
图3A和图3B是绘示根据本发明的第二实施例的发光二极管的制程剖面图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，本说明书特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
请参照图1A至图1F，其绘示依照本发明第一实施例的发光二极管的制程剖面图。本实施例的发光二极管100至少包含有磊晶结构层120、几何图案层130、金属反射层140、接合层150、永久基板160、第一电极170及第二电极180。接合层150、金属反射层140、几何图案层130及磊晶结构层120是依序地堆叠于永久基板160上。第一电极170和第二电极180是分别形成于发光二极管100的两侧，以形成垂直导通型结构。
请参照图1A，首先，提供成长基材110。此成长基材110例如为：砷化镓(GaAs)、硅、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)基板、蓝宝石、磷化铟或磷化镓。
接着，形成磊晶结构120于成长基材110之上，磊晶结构120是借由一磊晶制程所形成，例如是有机金属气相沉积磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE)或分子束磊晶法(MBE)等磊晶制程。此磊晶结构120具有第一电性半导体层121、主动层122、第二电性半导体层123及第二电性接触层124，来依序沉积于成长基材110之上，其中第一电性半导体层121的电性是不同于第二电性半导体层123。本实施例的第一电性和第二电性为不同电性。当第一电性为N型时，第二电性为P型；而当第一电性为P型时，第二电性则为N型。在本实施例中，第一电性半导体层121的材料例如为N型磷化铝镓铟[(AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4]，主动层122例如是由磷化铝镓铟材质所形成的多重量子阱结构，第二电性半导体层123的材料例如为P型磷化铝镓铟[(AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4]，第二电性接触层124的材料可例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)、氧化铟(IndiumOxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium Tin Oxide)、氧化锌(Zinc oxide)、氧化镁(Magnesium oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)等具有导电性及透光性的材料。另外，本实施例的磊晶结构120可例如是由：同质结构、单异质结构、双异质结构、或是多重量子阱结构所堆叠而成。
请参照图1B和图2，图2是绘示依照本发明第一实施例的发光二极管的金字塔形结构的侧视示意图。接着，形成几何图案层130于磊晶结构120上，其中几何图案层130具有周期性结构，其例如是由多数个金字塔形结构131所组成。此几何图案层130是沉积介电质材料或透明氧化材料于磊晶结构120上，例如可为：氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化钛(TiOx)或氧化铝(AlOx)等氧化物。此些金字塔形结构131是分别相隔一预定间距地设置，以形成周期性结构131，而每一此些金字塔形结构131的底角角度θ是实质小于90度。
请参照图1C，接着，形成金属反射层140于几何图案层130上，接着形成接合层150于金属反射层140。金属反射层140的材料可例如为：铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡或其合金等具有高反射率的金属材质。而接合层150的材料可例如为：银胶、自发性导电高分子或高分子中掺杂导电材质、铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或其合金，用以接合永久基板160，以进行一基板转移(Substrate Transferring)动作。值得注意，由于金属反射层140是形成于几何图案层130的周期性结构上，故金属反射层140可形成周期性结构的反射面，并可反射不同角度的入射光。
请参照图1D，接着，形成永久基板160于接合层150上。本实施例的永久基板160的材料是具有导电性，例如可为：磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化镓(GaP)、硅或金属材质。
请参照图1E，接着，移除成长基材110，因而裸露出磊晶结构120的第一电性半导体层121的表面。成长基材110例如是借由激光剥离技术、蚀刻制程或化学机械研磨制程来被移除。
请参照图1F，接着，形成第一电性接触层125于磊晶结构120的第一电性半导体层121上。第一电性接触层125的材料可例如为：氧化铟锡(Indium TinOxide)、氧化铟(Indium Oxide)、氧化锡(Tin Oxide)、氧化镉锡(Cadmium TinOxide)、氧化锌(Zinc oxide)、氧化镁(Magnesium oxide)或氮化钛(Titanium Nitride)等具有导电性及透光性的材料。接着，利用热蒸镀(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)或离子溅镀(Sputtering)等方法，形成第一电极170于第一电性接触层125上，并形成第二电极180于永久基板160的裸露表面上，因而完成本实施的发光二极管100。其中第一电极170的材料可例如为：In、Al、Ti、Au、W、InSn、TiN、WSi、PtIn2、Nd/Al、Ni/Si、Pd/Al、Ta/Al、Ti/Ag、Ta/Ag、Ti/Al、Ti/Au、Ti/TiN、Zr/ZrN、Au/Ge/Ni、Cr/Ni/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。而第二电极180的材料可例如为：Ni/Au、NiO/Au、Pd/Ag/Au/Ti/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、Pd/Ni、Ni/Pd/Au、Pt/Ni/Au、Ru/Au、Nb/Au、Co/Au、Pt/Ni/Au、Ni/Pt、NiIn、Pt3In7或其合金材料。
因此，本实施的发光二极管100是借由几何图案层130和金属反射层140来形成周期性结构的反射面，因而可反射不同角度的入射光，使由磊晶结构120所发出的光线在经由金属反射层140的反射后可有效地正向出光，进而提升发光二极管100的光取出率，增加发光二极管100的发光效率。
请参照图3A和图3B，其绘示依照本发明的第二实施例的发光二极管的制程剖面图。以下仅就本实施例与第一实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相较于第一实施例的图1E和图1F，第二实施例的发光二极管300至少包含有磊晶结构层320、几何图案层330、金属反射层340、接合层350、永久基板360、第一电极370、第二电极380及绝缘保护层390。接合层350、金属反射层340、几何图案层330及磊晶结构层320是依序地堆叠于永久基板360上，其中磊晶结构层320具有第一电性半导体层321、主动层322、第二电性半导体层323、第二电性接触层324及第一电性接触层325，且第二电性半导体层323暴露出一部分表面323a。第一电极370是形成第一电性接触层325上，而第二电极380是形成于第二电性半导体层323的部分表面323a，且永久基板360的材质为不导电或导电，因而形成横向导通型结构。
如图3A和图3B所示，在移除成长基材310和形成第一电性接触层325后，接着，利用干式蚀刻、湿式蚀刻或机械切割研磨来移除部分第一电性半导体层321和部分主动层322，以暴露出第二电性半导体层323的部分表面323a。接着，形成第一电极370于第一电性接触层325上，并形成第二电极380于第二电性半导体层323的部分表面323a上，以形成横向导通型结构。接着，形成绝缘保护层390于第一电性接触层325和第二电性半导体层323所未覆盖的表面上，以封装保护元件，绝缘保护层390的材料例如可为：含硅的氧化物、氮化物或高介电有机材料，因而完成本实施例的发光二极管300。因此，第二实施例的发光二极管300可借由几何图案层330和金属反射层340来提升光取出率，增加发光效率。
由上述本发明的实施例可知，本发明的发光二极管是借由几何图案层和金属反射层来形成周期性结构的反射面，以反射不同角度的入射光来集中正向出光，因而可提升光取出率，进而增加发光效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种发光二极管，其特征在于，至少包含：
一永久基板，具有相对的一第一表面和一第二表面；
一接合层，设于所述永久基板的所述第一表面上；
一几何图案层，设于所述接合层上，其中所述几何图案层具有一周期性结构，所述几何图案层设有多个金字塔形结构，所述周期性结构由所述多个金字塔形结构所组成，且每一金字塔形结构的底角角度是实质小于90度；
一金属反射层，设于所述接合层和所述几何图案层之间，形成周期性结构的反射面；
一磊晶结构，设于所述几何图案层上，其中所述磊晶结构设有一第二电性半导体层、一主动层及一第一电性半导体层，以依序形成于所述几何图案层上，且所述第二电性半导体层的电性是相反于所述第一电性半导体层；
一第一电极，形成于所述磊晶结构上；以及
一第二电极，形成于所述永久基板的第二表面上。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述磊晶结构还设有一第一电性接触层和一第二电性接触层，其中所述第一电性接触层是设于所述第一电极和所述第一电性半导体层之间，而所述第二电性接触层是设于所述几何图案层和所述第二电性半导体层之间。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述永久基板的材料具有导电性，且所述永久基板的材料是选自由磷砷化镓、磷化铝镓铟、砷化铝镓、磷化镓、硅及金属材质所组成的一族群。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述几何图案层的材料是选自由氧化硅、氮化硅、氧化钛及氧化铝所组成的一族群。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述接合层的材料是选自由银胶、自发性导电高分子或高分子中掺杂导电材料、铝、金、铂、锌、银、镍、锗、铟、锡、钛、铅、铜、钯或其合金所组成的一族群。
6.一种发光二极管，其特征在于，至少包含：
一永久基板；
一接合层，设于所述永久基板上；
一几何图案层，设于所述接合层上，其中所述几何图案层具有一周期性结构，所述几何图案层设有多个金字塔形结构，所述周期性结构由所述多个金字塔形结构所组成，且每一金字塔形结构的底角角度是实质小于90度；
一金属反射层，设于所述接合层和所述几何图案层之间，形成周期性结构的反射面；
一磊晶结构，设于所述几何图案层上，其中所述磊晶结构至少包含：
一第二电性半导体层，设于所述几何图案层上，并暴露出一部分表面；
一主动层，设于所述第二电性半导体层上；以及
一第一电性半导体层，设于所述主动层上，其中所述第二电性半导体层的电性是相反于所述第一电性半导体层；
一第二电极，设于所述第二电性半导体层的所述部分表面上；以及
一第一电极，设于所述第一电性半导体层上。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述磊晶结构还至少包含：
一第一电性接触层，设于所述第一电极和所述第一电性半导体层之间；以及
一第二电性接触层，设于所述几何图案层和所述第二电性半导体层之间。
8.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述永久基板的材料具有导电性或具有不导电性。
9.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于，还至少包含：
一绝缘保护层，形成于所述第一电性接触层和所述第二电性半导体层所未覆盖的表面上，其中所述绝缘保护层是选自由含硅的氧化物、氮化物及高介电有机材料所组成的一族群。
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