專利名稱：高亮度發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，特別是涉及一種高亮度發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管(LED)具有體積小的優(yōu)勢(shì)，因此已被廣泛使用于顯示器背光模塊、通訊、計(jì)算機(jī)、交通標(biāo)志及玩具等消費(fèi)市場(chǎng)。目前因?yàn)榱炼炔粔虻膯栴}，尚未能廣泛使用于照明市場(chǎng)。但是照明領(lǐng)域的使用對(duì)未來(lái)的消費(fèi)市場(chǎng)而言，發(fā)展及成長(zhǎng)的空間相當(dāng)廣大。
為了解決有關(guān)二極管亮度不夠的問題，科學(xué)家們從數(shù)個(gè)方面來(lái)提高組件的亮度，包括由取向附生處理技術(shù)(Epitaxial ProcessTechnology)、芯片處理技術(shù)(Chip Process Technology)及封裝處理技術(shù)(Package Process Technology)等方面來(lái)著手。其中在取向附生處理技術(shù)方面主要盡量提升施主及受主的濃度，并設(shè)法減低發(fā)光層的位錯(cuò)密度。但這一項(xiàng)技術(shù)的突破并不是很容易。特別是在藍(lán)光氮化鎵(GaN)系統(tǒng)有其難度，提高發(fā)光層中的受主濃度并不容易。而有關(guān)封裝技術(shù)方面則利用組裝技術(shù)在芯片上置放反射鏡，但此種方法則會(huì)增加組裝的困難度。
如圖1所示，為第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管1，也是現(xiàn)有的發(fā)光二極管的最基本結(jié)構(gòu)。該發(fā)光二極管1包含一基底11及一發(fā)光晶體12。
該發(fā)光晶體12是利用此技術(shù)領(lǐng)域所熟悉的芯片處理技術(shù)分別形成有一N型材料層121、一N電極層122、一包層(CladdingLayer)123、一P型材料層124及一透明的P電極層125。該N型材料層121是形成在該基底11上方，并于該N型材料層121上方的局部區(qū)域形成該N電極層122，且在沒有該N電極層122的區(qū)域形成該包層123。該P(yáng)型材料層124是形成于該包層123的上方，并于該P(yáng)型材料層124的上方形成該P(yáng)電極層125。使得在該發(fā)光二極管1在封裝制程后可與電源電性連接，以形成發(fā)光組件。
如圖2所示，為第二種現(xiàn)有的發(fā)光二極管2，大致上是與第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)相同。其不同處在于該發(fā)光二極管2更包含多個(gè)介于該包層123與該N型材料層121間的高折射率材料層對(duì)13。通過(guò)這些高折射率材料層對(duì)13，以提高該發(fā)光二極管2的發(fā)光效率。
如圖3所示，為第三種現(xiàn)有的發(fā)光二極管3，是以芯片處理技術(shù)并利用高折射率材料來(lái)提高組件的發(fā)光亮度。該發(fā)光二極管3的結(jié)構(gòu)大致上是與第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)相同，其不同處在于，該發(fā)光二極管3更包含多個(gè)介于該基底11及該發(fā)光晶體12之間的反射層對(duì)14。這些反射層對(duì)14是利用如(AlxGa1-x)1-yInN/(AlaGa1-a)1-bInbN(y＞a)高折射率的材料，預(yù)先成長(zhǎng)于基底11上，再于其上成長(zhǎng)該發(fā)光晶體12。使得由該發(fā)光晶體12向下發(fā)射出來(lái)的光可以被這些反射層對(duì)14反射回該發(fā)光晶體12的上方，以提升該發(fā)光二極管3的亮度。
如圖4所示，為第四種現(xiàn)有的發(fā)光二極管4，是以薄膜沉積技術(shù)并利用高折射率的金屬材料來(lái)提高組件的發(fā)光亮度。該發(fā)光二極管4的結(jié)構(gòu)大致上是與第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)相同，其不同處在于，該發(fā)光二極管4還包含一位于該基底11底面的金屬鏡面層15。使得由該發(fā)光晶體12向下發(fā)射出來(lái)的光，可以被該金屬鏡面層15反射回該發(fā)光晶體12的上方，以提升該發(fā)光二極管4的整體亮度。
如圖5所示，為第五種現(xiàn)有的發(fā)光二極管5，是利用抗反射材料來(lái)提高組件的發(fā)光亮度。該發(fā)光二極管5的結(jié)構(gòu)大致上是與第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)相同，其不同處在于，該發(fā)光二極管5還包含多個(gè)位于該透明的P電極層125上方的抗反射層對(duì)16。每一抗反射層對(duì)16的厚度為該發(fā)光二極管5的發(fā)光波長(zhǎng)的1/2。其中，這些抗反射層對(duì)16的材料為SiO2/TiO2或AlN/AlGaN。
前面所提到的這些現(xiàn)有的發(fā)光二極管的制程雖然都可增加發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，但不是因制程中所產(chǎn)生的點(diǎn)陣不匹配(LatticeMismatch)，會(huì)增加發(fā)光晶體中的位錯(cuò)密度而影響到發(fā)光亮度，就是有減低亮度的疑慮。如第五種現(xiàn)有的發(fā)光二極管5雖然可以提升該發(fā)光二極管5的發(fā)光亮度，但隨著這些抗反射層對(duì)16的數(shù)目增加，會(huì)降低該發(fā)光二極管5的光的可透射性，使該發(fā)光二極管5的發(fā)光亮度減低。
因此，如何避免形成發(fā)光二極管的點(diǎn)陣不匹配，又可以使發(fā)光二極管的發(fā)光亮度提升以符合消費(fèi)市場(chǎng)的需求，是發(fā)光二極管業(yè)者不斷研究努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高亮度發(fā)光二極管，可降低組裝困難度，以及不會(huì)造成發(fā)光層的點(diǎn)陣不匹配等問題。
因此，本發(fā)明的一種高亮度發(fā)光二極管，包含一發(fā)光晶體及一基底。
該發(fā)光晶體可發(fā)射一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，并具有一第一發(fā)光面及一第二發(fā)光面。
該基底連接于該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面，并具有至少一高反射介電氧化片體。由該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面發(fā)射出來(lái)的光，可借由該高反射介電氧化片體反射回該第一發(fā)光面，以提高該發(fā)光二極管的亮度。

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明高亮度發(fā)光二極管進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，附圖中圖1是一剖面示意圖，說(shuō)明第一種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)。
圖2是一剖面示意圖，說(shuō)明第二種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的各層結(jié)構(gòu)。
圖3是一剖面示意圖，說(shuō)明第三種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的各層結(jié)構(gòu)。
圖4是一剖面示意圖，說(shuō)明第四種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的各層結(jié)構(gòu)。
圖5是一剖面示意圖，說(shuō)明第五種現(xiàn)有的發(fā)光二極管的各層結(jié)構(gòu)。
圖6是一剖面示意圖，說(shuō)明本發(fā)明的高亮度發(fā)光二極管。
圖7是一剖面示意圖，說(shuō)明本發(fā)明的高亮度發(fā)光二極管的第一較佳實(shí)施例。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的前述以及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將可清楚的明白。
為了方便說(shuō)明，在以下的說(shuō)明中，類似的組件是以相同的編號(hào)來(lái)表示。
如圖6所示，本發(fā)明一種高亮度發(fā)光二極管6，包含一發(fā)光晶體62及一基底61。
該為取向附生芯片的發(fā)光晶體62是可發(fā)射出一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，并具有一第一發(fā)光面621及一第二發(fā)光面622。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該預(yù)定波長(zhǎng)λ范圍的光是介于300nm到960nm之間。
該基底61具有至少一形成于該基底61底面的高反射介電氧化片體611。使得由該發(fā)光晶體62的第二發(fā)光面622發(fā)射出來(lái)的光，可借由該高反射介電氧化片體611反射回該第一發(fā)光面621，使該發(fā)光二極管6的整體亮度可提高25％到125％。
其中，該高反射介電氧化片體611具有至少兩氧化層。每一氧化層具有不同的折射率(Reflection Index；n)，且厚度為λ/4n。這些氧化層是分別以折射率由小到大，自該基底61的底面分別依序向下形成，且連接于該基底61底面的氧化層，是具有低于2的折射率(n＜2)。
在本發(fā)明中的該高反射介電氧化片體611，是由選自于下列所構(gòu)成群組中的至少兩氧化物所組成二氧化硅(SiO2)、氧化鎂(MgO)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鑭(La2O3)、三氧化二鐿(Yb2O3)、三氧化二釔(Y2O3)、三氧化二釓(Gd2O3)、三氧化二鈧(Sc2O3)、五氧化二釩(V2O5)、氧化鋅(ZnO)、氧化鈰(CeO2)、氧化鎢(WO3)、氧化鉿(HfO2)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化錫(SnO2)、三氧化二銦(In2O3)、三氧化二銻(Sb2O3)、三氧化二釹(Nd2O3)、五氧化二鉭(Ta2O5)及五氧化二鈮(Nb2O5)。其中，這些氧化物的折射率如下列表一所示表一
以下就上面所提到的發(fā)光晶體62及高反射介電氧化片體611做簡(jiǎn)單的制程介紹。
該發(fā)光晶體62，是利用相關(guān)的芯片處理，例如平臺(tái)處理(MesaProcess)、薄膜沉積處理、光刻處理等，在該基底61上形成N電極層、P電極層及透明電極層，并作適當(dāng)?shù)臒崽幚硪酝瓿山M件的歐姆接觸，使得該發(fā)光晶體62的第二發(fā)光面622與該基底61的頂面相連接。后續(xù)再于透明電極上制作保護(hù)層等制程。并在完成保護(hù)層制作后，量測(cè)組件的發(fā)光亮度(LOP)、波長(zhǎng)(Wd)、正向偏壓(VF)及電流在10μA下的反向電壓(VZ)等光學(xué)特性。
接著將已完成各項(xiàng)光學(xué)特性檢測(cè)的芯片，進(jìn)行一般發(fā)光二極管標(biāo)準(zhǔn)制程中的研磨拋光處理。將該基底61的底面研磨拋光，使該基底61的厚度達(dá)80~90μm，然后再將上述所提到的高反射介電氧化片體611，以薄膜沉積技術(shù)形成在該基底61的底面。其中，薄膜沉積技術(shù)可以利用蒸鍍或射頻濺鍍(R.F.Sputtering)的方式。本發(fā)明是利用蒸鍍的方式，形成該高反射介電氧化片體611。前面所提到的相關(guān)芯片處理技術(shù)、量測(cè)技術(shù)等為現(xiàn)有技術(shù)，且非本發(fā)明的重點(diǎn)，所以在此不再詳細(xì)說(shuō)明。
如圖7所示，本發(fā)明高亮度發(fā)光二極管的一第一較佳實(shí)施例包含一發(fā)光晶體62及一基底61。
該發(fā)光晶體62可發(fā)射出一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，并具有一第一發(fā)光面621及一第二發(fā)光面622。在該第一較佳實(shí)施例中，該預(yù)定波長(zhǎng)λ范圍的光為470nm的藍(lán)光。
該基底61具有七片形成于該基底61底面的高反射介電氧化片體611。使得由該發(fā)光晶體62的第二發(fā)光面622發(fā)射出來(lái)的光，可借由這些高反射介電氧化片體611反射回該第一發(fā)光面621，使該發(fā)光二極管6的整體亮度可提高約26％。
在該第一較佳實(shí)施例中，是利用蒸鍍法將這些高反射介電氧化片體611(N＝7)沉積在該基底61的底面。其中，蒸鍍機(jī)的真空度為1.85×10-2Pa，鍍膜溫度為350℃，蒸鍍速率為0.1nm/sec，且每一高反射介電氧化片體611所選用的氧化物為SiO2/TiO2。另外，由前面所述可得知，在該第一較佳實(shí)施例中，SiO2與TiO2的折射率分別是1.46與2.20，為滿足每一氧化層的厚度為λ/4n，則SiO2/TiO2的厚度分別為80.5nm/53.4nm，因此這些高反射介電氧化片體611的總厚度為937.3nm。比較蒸鍍SiO2/TiO2前后的光學(xué)特性，如表二所示表二
由表二的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，數(shù)目為7的SiO2/TiO2不但對(duì)其他光學(xué)特性沒有影響，更可使該第一較佳實(shí)施例的高亮度發(fā)光二極管的發(fā)光亮度提高約26％。
本發(fā)明的一第二較佳實(shí)施例，大致上是與該第一較佳實(shí)施例相同。其不同處在于SiO2/TiO2的數(shù)目為15(N＝15)。因此由前面所述，可得知這些高反射介電氧化片體611的總厚度為2008.5nm。比較蒸鍍SiO2/TiO2前后的光學(xué)特性，如表三所示
表三
由表三的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，數(shù)目為15的SiO2/TiO2除了使該第二較佳實(shí)施例的高亮度發(fā)光二極管的亮度增加約86.7％外，對(duì)其他的光學(xué)特性影響不大。
本發(fā)明的一第三較佳實(shí)施例，大致上是與該第一較佳實(shí)施例相同。其不同處在于SiO2/TiO2的數(shù)目為25(N＝25)。因此由前面所述，可得知這些高反射介電氧化片體611的總厚度為3347.5nm。比較蒸鍍SiO2/TiO2前后的光學(xué)特性，如表四所示表四
由表四的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，數(shù)目為25的SiO2/TiO2除了使該第三較佳實(shí)施例的高亮度發(fā)光二極管的亮度增加124.7％外，對(duì)其他的光學(xué)特性影響不大。
本發(fā)明的一第四較佳實(shí)施例，大致上是與該第二較佳實(shí)施例相同。其不同處在于，選用波長(zhǎng)為525nm的綠光取向附生芯片做為前面所提到的發(fā)光晶體62(如圖2所示)。由前面所述可得知，在該第四較佳實(shí)施例中，為滿足每一氧化層的厚度為λ/4n，則SiO2/TiO2的厚度分別為89.9nm/59.66nm，因此這些高反射介電氧化片體611的總厚度為2243.4nm。比較蒸鍍SiO2/TiO2前后的光學(xué)特性，如表五所示表五
由表五的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，數(shù)目為15的SiO2/TiO2除了使該第四較佳實(shí)施例的高亮度發(fā)光二極管的亮度增加約71.8％外，對(duì)其他的光學(xué)特性影響不大。
本發(fā)明的一第五較佳實(shí)施例，大致上是與該第一較佳實(shí)施例相同。其不同處在于，每一高反射介電氧化片體611(如圖2所示)所選用的氧化物為SiO2/Ta2O5，數(shù)目為9(N＝9)。由前面所述可得知，在該第五較佳實(shí)施例中，SiO2與Ta2O5的折射率分別是1.46與2.20，為滿足每一氧化層的厚度為λ/4n，則SiO2/TiO2的厚度分別為80.5nm/53.4nm，因此這些高反射介電氧化片體611的總厚度為1205.1nm。比較蒸鍍SiO2/Ta2O5前后的光學(xué)特性，如表六所示
表六
由表六的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，數(shù)目為9的SiO2/Ta2O5除了使該第五較佳實(shí)施例的高亮度發(fā)光二極管的亮度增加約71.7％外，對(duì)其他的光學(xué)特性影響不大。
比較這些較佳實(shí)施例，可得到以下五個(gè)結(jié)果(一)、由該第一、第二及第三較佳實(shí)施例相比較可知，增加該高反射介電氧化片體611的數(shù)目，可使得發(fā)光亮度提高。如該第三較佳實(shí)施例所得的結(jié)果，利用SiO2/TiO2做為該高反射介電氧化片體611的材料，且數(shù)目為25(N＝25)，最后可使亮度提高約125％。
(二)、另外，比較表二及表四的結(jié)果，可知無(wú)論使用的發(fā)光波長(zhǎng)為藍(lán)光或是綠光，只要在該基底61的底面鍍上高反射率介電氧化片體611，均可增加發(fā)光亮度。
(三)、再由該第一、第二及第三較佳實(shí)施例的結(jié)果可知，只要適度增加該高反射介電氧化片體611的數(shù)目，可以使組件亮度增加至125％。所以只要適度增加該高反射介電氧化片體611的數(shù)目，應(yīng)該也可以提高綠光等其它各種可見光的發(fā)光二極管的發(fā)光亮度至100％以上。
(四)、又由該第一、第二、第三及第五較佳實(shí)施例的結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)該高反射介電氧化片體611的材料無(wú)論是SiO2/TiO2或是SiO2/Ta2O5，對(duì)發(fā)光二極管的亮度均有增亮的效果，只要該高反射介電氧化片體611的數(shù)目夠多，可以很容易使發(fā)光二極管的亮度增加100％以上。
(五)、由于這些較佳實(shí)施例中所提到的高反射介電氧化片體611，是利用蒸鍍法沉積在該基底61的底面，避免了與發(fā)光晶體62直接接觸的機(jī)率。因此不但可以提高發(fā)光亮度，更不會(huì)形成與發(fā)光晶體62接觸后的反應(yīng)性及點(diǎn)陣不匹配度等問題。
本發(fā)明的高亮度發(fā)光二極管，不但可以提高發(fā)光亮度，更不會(huì)形成與發(fā)光晶體接觸后的反應(yīng)性及點(diǎn)陣不匹配度等問題，且尚未有人在基底的底面使用氧化物作為反射層，確實(shí)實(shí)現(xiàn)了上述本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種高亮度發(fā)光二極管，包含一發(fā)光晶體及一基底，其特征在于該發(fā)光晶體，可發(fā)射出一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，并具有一第一發(fā)光面及一第二發(fā)光面；及該基底，連接于該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面并具有至少一高反射介電氧化片體，由該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面發(fā)射出來(lái)的光，可通過(guò)該高反射介電氧化片體反射回該第一發(fā)光面，以提高該發(fā)光二極管的亮度。
2.如權(quán)利要求1所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于該高反射介電氧化片體是形成于該基底的一底面。
3.如權(quán)利要求2所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于該高反射介電氧化片體是具有至少兩氧化層，每一氧化層具有不同的折射率，且這些氧化層是分別以折射率由小到大，自該基底的底面向相反于該發(fā)光晶體方向分別依序向下形成。
4.如權(quán)利要求3所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于連接于該基底的底面的氧化層，是具有低于2的折射率。
5.如權(quán)利要求3所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于該高反射介電氧化片體是由選自于下列所構(gòu)成群組中的至少兩氧化物所組成二氧化硅、氧化鎂、三氧化二鋁、三氧化二鑭、三氧化二鐿、三氧化二釔、三氧化二釓、三氧化二鈧、五氧化二釩、氧化鋅、氧化鈰、氧化鎢、氧化鉿、二氧化鈦、二氧化鋯、氧化錫、三氧化二銦、三氧化二銻、三氧化二釹、五氧化二鉭及五氧化二鈮。
6.如權(quán)利要求1所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于由該發(fā)光晶體所發(fā)射出來(lái)的光的預(yù)定波長(zhǎng)范圍為300nm~960nm。
7.如權(quán)利要求3所述高亮度發(fā)光二極管，其特征在于每一氧化層的厚度是滿足λ/4n，其中，該λ是該發(fā)光晶體所發(fā)射出來(lái)的預(yù)定波長(zhǎng)范圍，該n是該氧化層的折射率。
全文摘要
一種高亮度發(fā)光二極管，包含一發(fā)光晶體及一基底；其中該發(fā)光晶體具有一第一發(fā)光面及一第二發(fā)光面；該基底連接于該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面，并具有至少一高反射介電氧化片體；由該發(fā)光晶體的第二發(fā)光面發(fā)射出來(lái)的光，可借由該高反射介電氧化片體反射回該第一發(fā)光面，使該發(fā)光晶體的發(fā)光亮度提高25％到125％。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1553521SQ0312388
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者林居男, 鐘信吉, 陳裕豐 申請(qǐng)人:聯(lián)旭科技股份有限公司