專利名稱：高光摘出效率發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光元件，尤其關(guān)于一種高光摘出效率發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管的應(yīng)用頗為廣泛，例如，可應(yīng)用于光學(xué)顯示裝置、交通標志、數(shù)據(jù)儲存裝置、通訊裝置、照明裝置、以及醫(yī)療裝置。
在傳統(tǒng)的由發(fā)光二極管中，通常包含有一基板；形成于該基板上的一第一電性半導(dǎo)體疊層；形成于該第一電性半導(dǎo)體疊層上的一發(fā)光層；形成于該發(fā)光層上的一第二電性半導(dǎo)體疊層；形成于該第二電性半導(dǎo)體疊層上的一透明導(dǎo)電層。但由于發(fā)光二極管發(fā)出的光為射向各個方向，并非單一對焦于某處的光束，由Snell定律的關(guān)系可知，光只有在臨界角內(nèi)才可以完全射出，超過此臨界角外的光線則會被反射而可能被吸收。換言之，當發(fā)光二極管所發(fā)出的光由高折射率的材料進入折射率低的介質(zhì)中時，由發(fā)光二極管發(fā)光層內(nèi)部所產(chǎn)生的光線，需在2θ的圓錐形才可順利射出到發(fā)光二極管外部。然而，在傳統(tǒng)發(fā)光二極管中，其頂層表面通常為一平面構(gòu)造，因此，其全反射的臨界角度相當小，使得其表面多會產(chǎn)生嚴重的全反射，而被反射的光線可能又多數(shù)被半導(dǎo)體材料本身再次吸收，故導(dǎo)致外部光摘取效率降低。此外，又由于該發(fā)光層上方的第二電性半導(dǎo)體疊層通常需具有一定的厚度，易造成光線的吸收，故此亦會減低發(fā)光二極管的整體出光效率。因此，如何減少發(fā)光二極管表層的全反射、提高外部光摘出效率，實為一重要課題。
傳統(tǒng)上克服上述臨界角限制問題的方法包含在發(fā)光二極管最上層制作形成微透鏡結(jié)構(gòu)(microlens)，來使得光通過表面的全反射臨界角變大、降低全反射效應(yīng)，使大部分的光皆能被射出，以達到提高發(fā)光二極管的亮度的目的。另一種方法則是利用光子晶體技術(shù)，來克服全反射效應(yīng)，提高外部光萃取效率。然而現(xiàn)有技術(shù)多需繁瑣的后工藝處理，使得發(fā)光二極管的制作復(fù)雜度與成本提高，加上前述現(xiàn)有技術(shù)中其發(fā)光層上側(cè)仍需一定厚度的半導(dǎo)體疊層作為窗戶層或接觸層，然而由發(fā)光層射向該半導(dǎo)體疊層的光線，仍有部分會被該半導(dǎo)體疊層吸收，故前述的現(xiàn)有技術(shù)雖然可解決表面全反射效應(yīng)的問題，但仍無法有效克服半導(dǎo)體疊層對光線的吸收作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中存在一基板；形成于該基板上的一第一氮化物半導(dǎo)體疊層；形成于該第一氮化物半導(dǎo)體疊層上的一氮化物發(fā)光層；形成于該氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物半導(dǎo)體疊層，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層相對于該氮化物發(fā)光層的表面處，具有多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造。
本案發(fā)明人于思考如何提高外部光摘出效率時獲得一發(fā)明靈感，認為若提供一高光摘出效率的發(fā)光元件，使其發(fā)光元件表面處，具有多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造，借助該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造，不僅可增加整體的出光面積，降低全反射效應(yīng)所造成的出光損失，并且能減少發(fā)光層上側(cè)的半導(dǎo)體疊層的吸光效應(yīng)，大幅提高發(fā)光元件的整體光摘出效率。
由于氮化物材料的晶格排列為具有一六角形特征，故很容易借助其晶格特征而于材料中制得六角形孔穴結(jié)構(gòu)。借助在其表層所形成的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造，不僅增加整體的出光面積，降低發(fā)光層產(chǎn)生的光線通過表面時因全反射效應(yīng)造成的光線損失，并且因其孔穴為由表面向下延伸的構(gòu)造，當光線入射至內(nèi)六角錐形孔穴中后就不會再受半導(dǎo)體材料吸收作用的影響而衰減，可順利減少光線在發(fā)光區(qū)上側(cè)半導(dǎo)體疊層中的傳遞距離，降低光線被半導(dǎo)體材料吸收的幾率，進而大幅提高發(fā)光元件的光摘出效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中存在一基板；形成于該基板上的一第一氮化物半導(dǎo)體疊層，其中該第一氮化物半導(dǎo)體疊層遠離該基板處包含一第一表面及一第二表面，形成于該第一表面上的一氮化物發(fā)光層；形成于該氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物半導(dǎo)體疊層。該第一氮化物半導(dǎo)體疊層遠離該基板處的部分第二表面處包含多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造，借助該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造亦可減少無電極接觸區(qū)域的全反射效應(yīng)，提高發(fā)光元件的光摘出效率。


圖1為一示意圖，顯示依本發(fā)明一優(yōu)選實施例的一種高光摘出效率發(fā)光元件；圖2為一示意圖，顯示實施例1中高光摘出效率發(fā)光元件的具有內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造的表層；圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的一種高光摘出效率發(fā)光元件；圖4為一示意圖，顯示依本發(fā)明又一優(yōu)選實施例的一種高光摘出效率發(fā)光元件；圖5顯示依本發(fā)明的高光摘出效率發(fā)光元件其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴密度的關(guān)系；圖6顯示依本發(fā)明的高光摘出效率發(fā)光元件其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴頂端對角線大小的關(guān)系；圖7顯示依本發(fā)明的高光摘出效率發(fā)光元件其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴深度的關(guān)系；圖8顯示依本發(fā)明所制得的高光摘出效率發(fā)光元件經(jīng)封裝后的壽命測試結(jié)果。
附圖標記說明10 藍寶石基板11 氮化物緩沖層12 N型氮化物半導(dǎo)體疊層13 氮化物多重量子阱發(fā)光層14 P型氮化物半導(dǎo)體疊層141內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造16 N型歐姆電極17 P型歐姆電極25 透明氧化導(dǎo)電層28 反向穿隧層32 N型氮化物半導(dǎo)體疊層321N型電極接觸區(qū)域322無電極接觸區(qū)域341內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造
具體實施例方式
實施例1請參閱圖1，依本發(fā)明一優(yōu)選實施例一種高光摘出效率發(fā)光元件1，包含一藍寶石基板10；形成于該藍寶石基板上的一氮化物緩沖層11；形成于該氮化物緩沖層11上的一N型氮化物半導(dǎo)體疊層12，其中該N型氮化物半導(dǎo)體疊層12遠離該氮化物緩沖層處包含一第一表面及一第二表面；形成于該第一表面上的一氮化物多重量子阱發(fā)光層13；形成于該氮化物多重量子阱發(fā)光層上的一P型氮化物半導(dǎo)體疊層14，該P型氮化物半導(dǎo)體疊層14遠離氮化物多重量子阱發(fā)光層的表面包含多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造141；形成于該P型氮化物半導(dǎo)體疊層14上的一透明導(dǎo)電層15，其中，該多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造141表面亦可被透明導(dǎo)電層15覆蓋，該透明導(dǎo)電層15于波長范圍300～700nm間具有一50％的穿透率；形成于N型氮化物半導(dǎo)體疊層12的第二表面上的N型電極16；以及形成于透明導(dǎo)電層15上的一P型電極17。圖2為多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造141的P型氮化物半導(dǎo)體疊層14表層的示意圖。
其中，該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造是于P型半導(dǎo)體疊層中，借助在其內(nèi)六角錐形孔穴起始層成長時，提供表面活性劑(surfactant)、如Si或Mg，來改變其外延(磊晶)成核形態(tài)，而于P型半導(dǎo)體疊層或表層中形成之。藉以控制該表面活性劑通入量與通入的時序，可控制該內(nèi)六角錐形孔穴的大小與密度，進而改變出光效率。
實施例2依本發(fā)明另一實施例，其與實施例1具有相似的結(jié)構(gòu)，其不同在于該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造是于P型半導(dǎo)體疊層中，其內(nèi)六角錐形孔穴起始層是以一外延溫度700℃至950℃的范圍成長，使其改變外延成核形態(tài)，而于P型半導(dǎo)體疊層或表層中形成內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造。藉以調(diào)控該外延溫度的變化與升降溫速率，可控制該內(nèi)六角錐形孔穴的大小與密度，進而改變出光效率。
實施例3依本發(fā)明另一實施例，其與實施例1具有相似的結(jié)構(gòu)，其不同在于該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造是于P型半導(dǎo)體疊層中，其內(nèi)六角錐形孔穴起始層是以一富氮氣氛進行外延生長，使其改變外延成核形態(tài)，而于P型半導(dǎo)體疊層或表層中形成的。借助調(diào)變外延氣氛中，氮氣、氫氣與氮反應(yīng)源的比例，可調(diào)整該內(nèi)六角錐形孔穴的大小與密度，進而改變出光效率。
實施例4依本發(fā)明另一實施例，其與實施例1具有相似的結(jié)構(gòu)，其不同在于該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造是于完成P型半導(dǎo)體疊層后，以一化學(xué)濕蝕刻的方式(如高溫H3PO4)蝕刻該P型半導(dǎo)體疊層的表層所形成的。借助控制蝕刻速率與蝕刻溶液的濃度，可調(diào)整該內(nèi)六角錐形孔穴的大小、密度與深度，進而改變出光效率。
實施例5依本發(fā)明另一實施例，其與實施例1具有相似的結(jié)構(gòu)，其不同在于該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造的形成，是先以前述實施例中的外延生長方式先行形成一較小的內(nèi)六角錐形孔穴，再于外延生長完成后，配合化學(xué)濕蝕刻的方式將原有的較小內(nèi)六角錐形孔穴，蝕刻成較大的內(nèi)六角錐形孔穴，進而改變出光效率。由于以外延方式形成內(nèi)六角錐形孔穴時，若直接形成較大的孔穴，會在內(nèi)六角錐形孔穴周邊處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致外延缺陷的產(chǎn)生而破壞外延品質(zhì)，影響發(fā)光元件的電氣特性。但若是先以外延方式形成較小孔穴，再以化學(xué)濕蝕刻方式使其孔穴加深與變大，則較不會產(chǎn)生應(yīng)力，而避免破壞內(nèi)六角錐形孔穴周邊外延層的品質(zhì)。
此外，內(nèi)六角錐形孔穴的底部起始處，需控制于發(fā)光層上方，若其起始處延伸至發(fā)光層區(qū)，較易造成發(fā)光元件的電氣特性不良。
實施例6請參閱圖3，依本發(fā)明另一優(yōu)選實施例為一種高光摘出效率發(fā)光元件2，其與第一實施例不同處在于，以一透明氧化導(dǎo)電層25取代透明導(dǎo)電層15，形成于P型氮化物半導(dǎo)體疊層14及透明氧化導(dǎo)電層25之間的一反向穿隧接觸層28，該反向穿隧接觸層28厚度小于10nm，并其載流子濃度高于5×1018cm-3以上。借助形成于其間的高濃度N型反向穿隧接觸層，而使該透明氧化導(dǎo)電層與該高濃度N型的反向穿隧接觸層之間形成良好的歐姆接觸；而當發(fā)光二極管操作于順向偏壓時，此N型的反向穿隧接觸層與P型氮化物半導(dǎo)體疊層的介面恰處于逆向偏壓的作用而形成一空乏區(qū)，又因該N型的反向穿隧接觸層實質(zhì)上不厚，故透明氧化導(dǎo)電層內(nèi)的載流子可借助穿隧效應(yīng)而進入P型半導(dǎo)體疊層中，并使元件保有低操作偏壓的特性。本實施例中的透明氧化導(dǎo)電層亦可以一薄金屬導(dǎo)電層取代之。
上述實施例6中的反向穿隧接觸層可以一AlxGa1-xN/InyGa1-yN的超晶格結(jié)構(gòu)(super 1attice)取代，其中0≤x≤1、0≤y≤1，但x，y不同時為0。
實施例7請參閱圖4，依本發(fā)明另一優(yōu)選實施例為一種高光摘出效率發(fā)光元件3，其與實施例6不同處在于該N型半導(dǎo)體疊層32的第二表面包含一N型電極接觸區(qū)域321及一無電極接觸區(qū)域322，該N型電極16形成于該N型電極接觸區(qū)域321上，其中該無電極接觸區(qū)域322表面更包含多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造341，借助該無電極接觸區(qū)域的表面更包含多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造341，可減少N型氮化物半導(dǎo)體疊層與基板間反復(fù)反射傳遞的側(cè)向光線，使得側(cè)向光能有效摘出，以進一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
實施例7中P型氮化物半導(dǎo)體疊層14表面的多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造141可移除，僅以N型半導(dǎo)體疊層上的無電極接觸區(qū)域表面多個內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造341的型態(tài)單獨存在。
請參閱圖5，其為依本發(fā)明所制得的發(fā)光元件，其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴密度的關(guān)系。由圖中可見，隨著內(nèi)六角錐形孔穴密度由1×108/cm2增加至2×109/cm2，亮度由117mcd明顯提升至150mcd左右，顯示增加內(nèi)六角錐形孔穴密度的確有助于發(fā)光二極管亮度的提升。
請參閱圖6，其為依本發(fā)明所制得的發(fā)光元件，其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴頂端對角線大小的關(guān)系。由圖中可見，隨著內(nèi)六角錐形孔穴大小由122nm增加至168nm時，亮度可由128mcd提升至173mcd，顯示較大六角錐形孔穴亦對于發(fā)光二極管亮度的提升，有明顯的助益。
請參閱圖7，其為依本發(fā)明所制得的發(fā)光元件，其亮度與內(nèi)六角錐形孔穴深度的關(guān)系。由圖中可見，當內(nèi)六角錐形孔穴的深度由60nm增加至125nm時，亮度可由約130mcd提升至150mcd左右，顯示較深的內(nèi)六角錐形孔穴較有助于亮度的提升。
請參閱圖8，其為依本發(fā)明所制得的發(fā)光元件經(jīng)5mm Lamp封裝后，在室溫、30mA電流下點亮的壽命測試結(jié)果。由圖中顯示，依照本發(fā)明所制得的發(fā)光元件，其具有優(yōu)良的壽命特性，在500小時測試后仍保有Iv/Iv(0)在1以上的趨勢。
上述各實施例中，藍寶石基板可具有0°～10°的一任意偏角，且其亦可由GaN、AlN、SiC、GaAs、GaP、Si、ZnO、MgO、MgAl2O4及玻璃所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料取代之；氮化物緩沖層可包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；N型氮化物半導(dǎo)體疊層可包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；氮化物多重量子阱發(fā)光層可包含選自于GaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該氮化物多重量子阱發(fā)光層可以雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu)取代之；P型氮化物半導(dǎo)體疊層可包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該反向穿隧層包含選自于InGaN及GaN所構(gòu)成材料群組中的一種材料；該薄金屬導(dǎo)電層包含選自于Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、TiW、TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及Rb所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料；該透明氧化導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁及氧化鋅錫所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料。
以上所述者，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該些優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍及精神下，應(yīng)當可做任何改變。
權(quán)利要求
1.一種高光摘出效率發(fā)光元件，至少包含一基板；形成于該基板上的一第一氮化物半導(dǎo)體疊層；形成于該第一氮化物半導(dǎo)體疊層上的一氮化物發(fā)光層；以及形成于該氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物半導(dǎo)體疊層，其中，于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層相對于該氮化物發(fā)光層的表面處，包含多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的頂端對角線大小，介于10nm至1μm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的密度，介于5×107cm-2至1×1010cm-2之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的深度，介于10nm至1μm之間。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，于該基板及該第一半導(dǎo)體疊層之間更包含一緩沖層。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層之上更包含一透明導(dǎo)電層。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該氮化物發(fā)光層，于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層及該透明導(dǎo)電層之間更包含一反向穿隧接觸層，該反向穿隧接觸層的電性與該第二氮化物半導(dǎo)體疊層的電性相反，該反向穿隧接觸層的載流子濃度不小于5×1018cm-3。
8.如權(quán)利要求6所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層及該透明導(dǎo)電層之間更包含一低電阻穿隧接觸層，該低電阻穿隧接觸層為一超晶格結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層是一薄金屬導(dǎo)電層。
10.如權(quán)利要求9所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該薄金屬導(dǎo)電層，包含選自于Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、TiW、TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及Rb中的至少一種材料或其它可代替的材料。
11.如權(quán)利要求6所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層為一透明氧化物導(dǎo)電層。
12.如權(quán)利要求11所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氧化物透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁及氧化鋅錫所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
13.如權(quán)利要求6所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層于波長范圍于300nm～700nm之間時，具有50％以上的穿透率。
14.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該基板為一藍寶石基板。
15.如權(quán)利要求14所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該藍寶石基板，為一(0001)或(11-20)方向基板，且具有0°～10°的一任意偏角。
16.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該基板包含選自于GaN、AlN、SiC、GaAs、GaP、Si、ZnO、MgO、MgAl2O4及玻璃所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
17.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
18.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一n型氮化物半導(dǎo)體層，且該第二氮化物半導(dǎo)體疊層中至少包含或一p型氮化物半導(dǎo)體層。
19.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一p型氮化物半導(dǎo)體層，且該第二氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一n型氮化物半導(dǎo)體層。
20.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氮化物發(fā)光層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
21.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氮化物發(fā)光層可為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
23.如權(quán)利要求5所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該緩沖層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
24.如權(quán)利要求7所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該反向穿隧層包含選自于InGaN及GaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
25.如權(quán)利要求8所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該超晶格結(jié)構(gòu)包含選自于AlxGa1-xN及InyGa1-yN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料，其中0≤x≤1、0≤y≤1，但x，y不同時為0。
26.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層表面的內(nèi)六角孔穴結(jié)構(gòu)以外延生長的方式形成。
27.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層表面的內(nèi)六角錐孔穴結(jié)構(gòu)以濕蝕刻方式形成。
28.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層表面的內(nèi)六角錐孔穴結(jié)構(gòu)以外延生長方式再配合濕蝕刻方式所形成。
29.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐形孔穴的底部距該第一氮化物半導(dǎo)體疊層上表面的距離，不小于該氮化物發(fā)光層上表面距第一氮化物半導(dǎo)體疊層上表面的距離。
30.如權(quán)利要求1所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層遠離該基板處包含一第一表面及一第二表面，該氮化物發(fā)光層形成于該第一表面之上。
31.如權(quán)利要求30所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層第二表面上更包含一內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造。
32.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，更包含形成于該具有內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造的第一氮化物半導(dǎo)體疊層第二表面上形成一第一電極。
33.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，更包含于無內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造的第一氮化物半導(dǎo)體疊層第二表面上形成一第一電極。
34.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的頂端對角線大小，介于10nm至1μm之間。
35.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的密度，介于1×107cm-2至1×1011cm-2之間。
36.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的深度，介于10nm至1μm之間。
37.如權(quán)利要求31所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴結(jié)構(gòu)以濕蝕刻方式形成。
38.一種高光摘出效率發(fā)光元件，至少包含一基板；形成于該基板上的一第一氮化物半導(dǎo)體疊層，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層遠離該基板處包含一第一表面及一第二表面，該第二表面包含多個向下延伸的內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造；形成于該第一表面上的一氮化物發(fā)光層；以及形成于該氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物半導(dǎo)體疊層。
39.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的頂端對角線大小，介于10nm至1μm之間。
40.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的密度，介于5×107cm-2至1×1010cm-2之間。
41.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該內(nèi)六角錐孔穴構(gòu)造的深度，介于10nm至1μm之間。
42.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，于該基板及該第一半導(dǎo)體疊層之間更包含一緩沖層。
43.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層之上更包含一透明導(dǎo)電層。
44.如權(quán)利要求43所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該氮化物發(fā)光層，于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層及該透明導(dǎo)電層之間更包含一反向穿隧接觸層，該反向穿隧接觸層的電性與該第二氮化物半導(dǎo)體疊層的電性相反，該反向穿隧接觸層的載流子濃度不小于5×1018cm-3。
45.如權(quán)利要求43所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，于該第二氮化物半導(dǎo)體疊層及該透明導(dǎo)電層之間更包含一低電阻穿隧接觸層，該低電阻穿隧接觸層為一超晶格結(jié)構(gòu)。
46.如權(quán)利要求43所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層是一薄金屬導(dǎo)電層。
47.如權(quán)利要求46所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該薄金屬導(dǎo)電層，包含選自于Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、TiW、TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及Rb中的至少一種材料或其它可代替的材料。
48.如權(quán)利要求43所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層為一透明氧化物導(dǎo)電層。
49.如權(quán)利要求48所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氧化物透明導(dǎo)電層包含選自于氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁及氧化鋅錫所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
50.如權(quán)利要求43所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中該透明導(dǎo)電層于波長范圍于300nm～700nm之間時，具有50％以上的穿透率。
51.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該基板為一藍寶石基板。
52.如權(quán)利要求51所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該藍寶石基板，為一(0001)或(11-20)方向基板，且具有0°～10°的一任意偏角。
53.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該基板包含選自于GaN、AlN、SiC、GaAs、GaP、Si、ZnO、MgO、MgAl2O4及玻璃所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
54.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
55.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一n型氮化物半導(dǎo)體層，且該第二氮化物半導(dǎo)體疊層中至少包含或一p型氮化物半導(dǎo)體層。
56.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第一氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一p型氮化物半導(dǎo)體層，且該第二氮化物半導(dǎo)體疊層至少包含一n型氮化物半導(dǎo)體層。
57.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氮化物發(fā)光層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
58.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該氮化物發(fā)光層可為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)。
59.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
60.如權(quán)利要求42所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該緩沖層包含選自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
61.如權(quán)利要求44所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該反向穿隧層包含選自于InGaN及GaN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料。
62.如權(quán)利要求45所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該超晶格結(jié)構(gòu)包含選自于AlxGa1-xN及InyGa1-yN所構(gòu)成材料組群中的至少一種材料或其它可代替的材料，其中0≤x≤1、0≤y≤1，但x，y不同時為0。
63.如權(quán)利要求38所述的一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中，該電極接觸區(qū)域表面的內(nèi)六角錐孔穴結(jié)構(gòu)以濕蝕刻方式形成。
全文摘要
一種高光摘出效率發(fā)光元件，其中存在一基板；形成于該基板上的一第一氮化物半導(dǎo)體疊層；形成于該第一氮化物半導(dǎo)體疊層上的一氮化物發(fā)光層；形成于該氮化物發(fā)光層上的一第二氮化物半導(dǎo)體疊層，其中，該第二氮化物半導(dǎo)體疊層相對于該氮化物發(fā)光層的表面處，具有一內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造，借助該內(nèi)六角錐形孔穴構(gòu)造以提高發(fā)光元件的光摘出效率。
文檔編號H01L33/00GK1728410SQ20041005899
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者歐震, 林鼎洋, 張家榮, 賴世國 申請人:晶元光電股份有限公司