專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種發(fā)光二極管(light emitting diode; LED),且特別有 關(guān)于一種可增加發(fā)光效率的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
目前制作LED的業(yè)者傾向于研究提高LED發(fā)光效率的方法。在LED 的裝置中，其發(fā)光效率不佳的一個重要因素在于，部分自發(fā)光層產(chǎn)生的光線 會在外延層與環(huán)境氣體的界面處全反射導(dǎo)致光線無法射出至LED外。再者， 被外延層反射而無法導(dǎo)出的光線將又可能在LED的內(nèi)被全反射，如此，將 在LED中產(chǎn)生熱能，進而導(dǎo)致LED裝置的發(fā)光效率與性能的降低。
Lester于美國專利第6,091,085號揭露一種改善發(fā)光效率的LED。如1 圖所示，LED裝置110包括藍寶石基底112。在藍寶石基底112上方形成n 型GaN外延層13,在n型GaN外延層13上方形成p型GaN外延層14。并 且，在n型GaN外延層13與p型GaN外延層14之間形成發(fā)光層18。在p 型GaN外延層14上方形成透明電極層15，在n型GaN外延層13上方形成 電極層16。 n型GaN外延層13形成之前，粗糙化(roughen)藍寶石基底 112表面，藉以在藍寶石基底112表面形成凸部118及凹部119?；妆砻?的凹凸部118、 119散射(scatter)光線，部分被散射的光111及113可導(dǎo)出 LED裝置110之外。由于凹凸部118、 119改變光的反射角度，因此增加光 被導(dǎo)出的才幾率，進而改善LED發(fā)光效率。
另有其他習(xí)知技術(shù)用以增加LED的發(fā)光效率，舉例而言，將LED芯片 表面粗糙化以增加光射出LED的才幾率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種增加發(fā)光效率的發(fā)光二極管。 本發(fā)明的一實施例提供一種發(fā)光二極管，包括基底，該基底具有至少 一凸出部或光通道；第一材料層，在該基底上方；第二材料層，在該第一材
料層上方；以及發(fā)光層，在該第一材料層及該第二材料層之間；其中，該凸 出部或光通道的折射率與該第一材料層、該第二材料層、與該發(fā)光層中至少 其一的折射率不同，且該凸出部或光通道，穿過該發(fā)光層。于數(shù)個具體例中， 突出部或光通道的材料與基底相同或相異，此外，此材料為二氧化硅、氮化 硅、或此二者的組合。
本發(fā)明另一實施例提供一種發(fā)光二極管的形成方法，包括提供基底， 該基底具有至少一凸出部或光通道；在該基底上方形成第一材料層；在該第 一材料層上方形成第二材料層；以及在該第 一材料層及該第二材料層之間形 成發(fā)光層；其中，該凸出部或光通道的折射率不同于該第一材料層及該第二 材料層的折射率，且該凸出部或光通道穿過該發(fā)光層。


圖l是繪示習(xí)知的發(fā)光二極管裝置的剖面圖2A至6B是繪示本發(fā)明的各種實施例的發(fā)光二極管的剖面圖
主要元件符號說明
13、 14~外延層； 15 透明電極層； 110 ~ LED; 112 藍寶石基底； 119~凹部； 210~基底； 212 第二材料層； 220~凸出部； 231 ~第一電極層； Ll、 L2 光。
18~發(fā)光層； 16 ~電極層； 111、 113~光 118~凸部； 200 ~ LED; 211 第一材料層； 213~發(fā)光層； 230 透明導(dǎo)電層； 232 第二電極層；
具體實施例方式
以下實施例將伴隨著圖式說明本發(fā)明的概念，在圖式或說明中，相似或 相同的部分使用相同的標號，并且在圖式中，元件的形狀或厚度可擴大或縮 小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述的元件，可以是熟習(xí)此技藝的人士 所知的形式，此外，當敘述一層位于一基板或是另一層上時，此層可直接位
于基板或是另一層上，或是其間亦可有中介層。
圖2A至6B是繪示本發(fā)明的各種實施例的發(fā)光二極管的剖面圖。請參 照圖2A，本發(fā)明實施例的可增加發(fā)光效率的發(fā)光二極管(LED) 200制作于 基底210上?；?10較佳為透明絕緣基底，例如藍寶石與二氧化硅。然而， 本實施例并不排除使用如碳化硅(SiC)等的導(dǎo)電基板?；?10具有至少一個 凸出部或光通道220。在一例子中，于基底210上形成圖案化的光致抗蝕劑
于另一例中，形成另一種材料于基底210上，再蝕刻此種材料以形成凸 出部220。尤其，此種材料具有至少一種物理特性，諸如折射系數(shù)與熱導(dǎo) 系數(shù)，是不同于發(fā)光二極管的外延層、基底210、或其二者。具體而言，此 種材料系如Si02或Si3N4。藉由此種配置，可以于發(fā)光二極管的外延層間形 成具有不同折射系數(shù)的光通道，以導(dǎo)引光線離開發(fā)光二極管的外延層。此外， 藉由選取具有較高熱導(dǎo)系數(shù)的材料構(gòu)成此種配置，亦可以于發(fā)光二極管的外 延層間形成熱通道，以幫助發(fā)光二極管的散熱。
在基底210上方形成第一材料層211,第一材料層211是例如氮化鎵 (GaN)系列等的半導(dǎo)體材料。第一材料層211可藉由外延(epitaxy)成長 形成。在一例子中，第一材料層211為n型的半導(dǎo)體層。
在第一材料層211上方形成發(fā)光層213，舉例而言，發(fā)光層213可包括 氮化鎵銦系列、氮化鎵銦鋁系列或其他類似的半導(dǎo)體材料。發(fā)光層213可藉 由外延(epitaxy)成長形成。藉由來自第一材料層211與后續(xù)形成的第二材 料層212的電子及空穴的結(jié)合，可在發(fā)光層213中產(chǎn)生光。
在發(fā)光層213上方形成第二材料層212,第二材料層212是例如氮化鎵 (GaN)系列等的半導(dǎo)體材料。第二材料層212可藉由外延(epitaxy)成長 形成。在一例子中，第一材料層211為p型的半導(dǎo)體層。
于一具體例中，凸出部220的折射率不同于該第一材料層211及第二材 料層212的折射率。舉例而言，基底210為藍寶石基底，其折射率n約為1.8, 且第一材料層211及第二材料層212為氮化鎵或其系列材料，其折射率約為 2.5，則基底210的凸出部220的折射率小于第一材料層211及該第二材料層 212的折射率。如圖2A所示，自發(fā)光層213產(chǎn)生的光L1在全反射角限度內(nèi) 經(jīng)由凸出部220折射之后可被導(dǎo)引出LED之外；或者，光L2經(jīng)由凸出部 220折射之后被導(dǎo)朝向基底210的方向，接著，再經(jīng)由基底210離開LED。
本圖中的光線L1與L2僅示意光線在凸出部220中的可能移動方向，并非呈 現(xiàn)符合物理定律的精準制圖。
較佳者，凸出部220穿過于發(fā)光層213。在一例子中，凸出部220穿過 第二材料層212，如圖2A所示。
第二材料層212上方可選擇形成透明導(dǎo)電層230,透明導(dǎo)電層230例如 為氧化銦錫(ITO)、釕/金(Ru/Au)或鎳/金(Ni/Au)薄層。接著，在透明 導(dǎo)電層230上方形成第一電極層231，第一電極層231的材料可包括鎳/金、 釔/金(Pd/Au)、釔/鎳或鉑。蝕刻部分的透明導(dǎo)電層230、第二材料層212、 發(fā)光層213及第一材料層211以暴露第一材料層211的部分，之后，在暴露 的第一材料層211部分上方形成第二電極層232。第二電極232層例如為鉻 或金。
凸出部220可為柱狀體，如圖2A所示。在另一例子中，凸出部220可 為推狀體且凸出部220突出于第二材料層212的外表面，如圖2B所示。申 請人發(fā)現(xiàn)，在外延過程中，形狀為推狀體的凸出部較形狀為柱狀體的凸出部 出光機率高；然而，形狀為柱狀體的凸出部面積較形狀為錐狀體的凸出部出 光面多。熟悉此技藝人士可根據(jù)LED的設(shè)計或需求采取適用的凸出部形狀。
請參照圖3A-3B,在另 一 實施例中，凸出部220的頂面(top surface ) 與第二材料層212的頂面大致上齊平。凸出部220可為柱狀體，如圖3A所 示；或者，凸出部220可為錐狀體，如圖3B所示。
請參照圖4A-4B，在另一實施例中，凸出部220穿過發(fā)光層213,但并 未穿出第二材料層212。凸出部220可為柱狀體，如圖4A所示；或者，凸 出部220可為錐狀體，如圖4B所示。
在其他實施例中，相鄰?fù)怀霾?20間的發(fā)光層213為弧面或非平整面， 由于呈現(xiàn)弧面的發(fā)光層的表面積較平坦表面的發(fā)光層的表面積大，因此弧面
圖5A，發(fā)光層213可具有凸狀(convex)表面且凸出部220的頂面與第二 材料層212的頂面大致上齊平?；蛘撸鐖D5B,發(fā)光層213可具有凹狀 (concave)表面且凸出部220的頂面與第二材料層212的頂面大致上齊平。 在另一實施例中，發(fā)光層213可具有凸狀表面，凸出部220穿過發(fā)光層213 但并未穿出第二材料層212，如圖6A所示。或者，如圖6B，發(fā)光層'213可 具有凹狀表面，且凸出部220穿過發(fā)光層213但并未穿出第二材料層212。
舉例而言，可藉由控制外延工藝的條件以形成弧面狀的第一材料層211與發(fā)
光層213。此外，第二材料層212由于堆迭于非平整或呈現(xiàn)弧面的層上，其 外表面亦可能呈現(xiàn)弧面或非平整面。此弧面狀或非平整的外表面或可以降低 光線于發(fā)光二極管與環(huán)境介質(zhì)的界面上的全反射以增加光的摘出效率。
藉由本發(fā)明所提供的實施例，發(fā)光層產(chǎn)生的光可經(jīng)由由凸出部導(dǎo)出， LED的發(fā)光效率因此增加，而增加LED的亮度。
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 熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作更動與潤飾，因此 本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括基底；第一材料層，在該基底上方；第二材料層，在該第一材料層上方；發(fā)光層，在該第一材料層及該第二材料層之間；及光通道，起始自該基底并穿過該發(fā)光層，其中該光通道的折射率與該第一材料層、該第二材料層、與該發(fā)光層中至少其一的折射率不同。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道的折射率小于該第一 材料層及該第二材料層的折射率。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道的材料與該基底相同。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道的材料與該基底相開。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道的材料擇自由二氧化 硅與氮化硅構(gòu)成的群組。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該基底包括絕緣材料。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該基底的材料擇自由藍寶石、 二氧化硅、與碳化硅構(gòu)成的群組。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道突出于該第二材料層。
9. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道的頂面與該第二材料 層的頂面大致上齊平。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該光通道為柱狀體或推狀體。
11. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一材料層及該第二材料 層包括氮元素。
12. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該發(fā)光層包括氮化鎵銦系列 材料或氮化鎵銦鋁系列材料。
13. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該第一材料層包括n型半導(dǎo) 體，該第二材料層包括p型半導(dǎo)體。
14. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該發(fā)光層表面的幾何形狀選 4奪自由凹面、凸面、及前述二者的組合所構(gòu)成的群組。
15. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括 透明導(dǎo)電層，在該第二材料層上方。
16. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括 第一電極層，在該第二材料層上方。17如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，還包括 第二電極層，在該第一材料層上方。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包括基底，該基底具有至少一凸出部或光通道；第一材料層，在該基底上方；第二材料層，在該第一材料層上方；以及發(fā)光層，在該第一材料層及該第二材料層之間；其中，該凸出部或光通道的折射率不同于該第一材料層及該第二材料層的折射率，且該凸出部或光通道穿過該發(fā)光層。
文檔編號H01L33/00GK101364621SQ20071013849
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者曹文明, 震 歐, 王韋涵, 陳建文 申請人:晶元光電股份有限公司