專利名稱：發(fā)光二極管元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管元件及其制造方法，且特別涉及一種具有微 透鏡基板的發(fā)光二極管元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管元件(Light Emitting Diode; LED)具有低耗電量、低發(fā)熱量、 操作壽命長、耐撞擊、體積小、反應(yīng)速度快、以及可發(fā)出穩(wěn)定波長的色光等 良好光電特性，因此常應(yīng)用于家電、儀表的指示燈及光電產(chǎn)品的應(yīng)用。隨著 光電科技的進步，固態(tài)發(fā)光元件在提升發(fā)光效率、使用壽命以及亮度等方面 已有長足的進步，在不久的將來將成為未來發(fā)光元件的主流。
然而已知的發(fā)光二極管有源層所發(fā)射出來的光線，在抵達發(fā)光二極管與 周圍環(huán)境的介面時，會因光線的入射角度大于介面的臨界角度而產(chǎn)生全反 射，使光線無法自發(fā)光二極管的表面往外界環(huán)境射出，造成發(fā)光二極管的光 取出率偏低。
為了解決此一問題，已知技術(shù)以蝕刻、蒸鍍或粘著貼附的方式，在發(fā)光 二極管的外延結(jié)構(gòu)之上形成立體的透明幾何圖案，通過透明幾何圖案的散射 來增廣光線的入射角度，以提高發(fā)光二極管的光取出率。
然而，已知的蝕刻、蒸鍍或粘著方法皆易損傷發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)表 面，因此有需要提供一種可以在不會損傷發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的前提之下 提高光取出率的制造方法，以形成一種具有高光取出率的發(fā)光二極管元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一 實施例提供一種具有高光取出率的發(fā)光二極管元件，包括: 微透鏡基板、反射層、緩沖層、第一電性半導(dǎo)體層、有源層、第二電性半導(dǎo) 體層、第一電極以及第二電極。微透鏡基板的上表面具有多個微透鏡。緩沖 層位于微透鏡基板的上表面上。第一電性半導(dǎo)體層位于緩沖層上。有源層位 于一部分的第一電性半導(dǎo)體層上。第二電性半導(dǎo)體層位于有源層上。第一電極位于第一電性半導(dǎo)體層未覆蓋有源層的另一部分上。第二電極位于第二電 性半導(dǎo)體層上。反射層位于微透鏡基板的下表面上。
本發(fā)明的另 一實施例提供一種具有高光取出率的發(fā)光二極管元件，包括:
微透鏡基板、反射層、緩沖層、第一電性半導(dǎo)體層、有源層、第二電性半導(dǎo) 體層、第一電極以及第二電極。微透鏡基板的下表面具有多個微透鏡。緩沖 層位于微透鏡基板的上表面上。第一電性半導(dǎo)體層位于緩沖層上。有源層位 于一部分的第一電性半導(dǎo)體層上。第二電性半導(dǎo)體層位于有源層上。第一電 極位于第一電性半導(dǎo)體層未覆蓋有源層的另一部分上。第二電極位于第二電 性半導(dǎo)體層上。反射層位于微透鏡基板的下表面上。
本發(fā)明的又一 實施例提供一種發(fā)光二極管元件的制造方法，可以在不會 損傷發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的前提之下提高光取出率，此一制造方法至少包
括下述步驟:首先提供微透鏡基板，其中微透鏡基板的上表面具有多個微透 鏡。接著在微透鏡基板的上表面上方形成緩沖層；在緩沖層上形成第一電性 半導(dǎo)體層；在第一電性半導(dǎo)體層上形成有源層；在有源層上形成第二電性半 導(dǎo)體層。然后移除一部分第二電性半導(dǎo)體層和一部分有源層，使一部分第一 電性半導(dǎo)體層暴露于外。再于第一電性半導(dǎo)體層暴露于外的部分上形成第一 電極。接著在第二電性半導(dǎo)體層上形成第二電極。然后再于微透鏡基板的下 表面上形成反射層。
本發(fā)明的再一 實施例提供一種發(fā)光二極管元件的制造方法，可以在不會 損傷發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的前提之下提高光取出率，此一制造方法至少包 括下述步驟
首先提供一微透鏡基板，其中在微透鏡基板的下表面具有多個微透鏡。 接著在微透鏡基板的上表面上方形成緩沖層；在緩沖層上形成第一電性半導(dǎo) 體層；在第一電性半導(dǎo)體層上形成有源層；在有源層上形成第二電性半導(dǎo)體 層。然后移除一部分第二電性半導(dǎo)體層和一部分有源層，使一部分第一電性 半導(dǎo)體層暴露于外。再于第一電性半導(dǎo)體層暴露于外的部分上形成第一電 極。接著在第二電性半導(dǎo)體層上形成第二電極。然后再于微透鏡基板的下表 面上形成反射層。
根據(jù)上述實施例，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供一種具有多個微透鏡的透明 基板，并在基板上方生長外延結(jié)構(gòu)，并在透明基板下方形成反射層。由外延 結(jié)構(gòu)的有源層所投射的光線經(jīng)由反射層和微透鏡的反射與散射之后，會改變光線的入射角度，進而增加發(fā)光二極管元件的光取出率。
因此上述實施例所提供的發(fā)光二極管元件，不僅具有高光取出率，而且 在工藝中不會損傷光二極管的外延結(jié)構(gòu)，更可改善發(fā)光二極管元件的工藝成 品率，達到上述的發(fā)明目的。


根據(jù)以上所述的優(yōu)選實施例，并配合所附圖示說明，讀者當(dāng)能對本發(fā)明 的目的、特征、和優(yōu)點有更深入的理解。但值得注意的是，為了清楚描述起 見，本說明書所附的圖示并未按照比例尺加以繪示。
圖示簡單說明如下
圖1A至1D依照本發(fā)明第一優(yōu)選實施例所繪示的一種氮化鎵發(fā)光二極 管元件100的一系列工藝剖面圖。
圖2A至2D依照本發(fā)明第二優(yōu)選實施例所繪示的一種氮化鎵發(fā)光二極 管元件200的 一 系列工藝剖面圖。
圖3A至3D依照本發(fā)明第三優(yōu)選實施例所繪示的一種氮化鎵發(fā)光二極 管元件300的 一 系列工藝剖面圖。
圖4A至4D依照本發(fā)明第四優(yōu)選實施例所繪示的一種氮化鎵發(fā)光二極 管元件400的 一 系列工藝剖面圖。
附圖標(biāo)記說明
100:發(fā)光二極管元件101:透明基板
103:基氺反上表面105:基板下表面
107:凹陷部110:幾何圖案
111:微透鏡基板113:緩沖層
115:n型半導(dǎo)體層117:有源層
119:p型半導(dǎo)體層121:外延結(jié)構(gòu)
123:第一電極125:透明導(dǎo)電層
127:第二電極129:反射層
131:光線200:發(fā)光二極管元件
201:透明基板203:基^反上表面
205:基板下表面207:透光膜片209:凸粒210:幾何圖案
211微透鏡基板213:緩沖層
215:n型半導(dǎo)體層217:有源層
219p型半導(dǎo)體層221:外延結(jié)構(gòu)
223第一電極225:透明導(dǎo)電層
227第二電極229:反射層
231光線300:發(fā)光二極管元件
301透明基板303:基4反上表面
305基板下表面307:凹陷部
310幾何圖案311:微透鏡基板
313緩沖層315:n型半導(dǎo)體層
317有源層319:p型半導(dǎo)體層
321外延結(jié)構(gòu)323:第一電極
325透明導(dǎo)電層327:第二電極
329反射層331:光線
400:發(fā)光二極管元件401:透明基板
403:基板上表面405:基一反下表面
術(shù)透光膜片409:凸粒
410幾何圖案411:微透鏡基板
413:緩沖層415:n型半導(dǎo)體層
417'有源層419:p型半導(dǎo)體層
421外延結(jié)構(gòu)423:第一電極
425透明導(dǎo)電層427:第二電極
429反射層431:光線
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種高亮度發(fā)光二極管元件及其制作方法，可在不損傷發(fā)光 二極管的外延結(jié)構(gòu)的前提之下，達到提高光取出率的效果。為讓本發(fā)明的上 述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，特舉一種III族氮化物發(fā)光二 極管元件作為優(yōu)選實施例詳述如下。然值得注意的是，下述實施例僅用以說 明本發(fā)明的技術(shù)特征，而非用以限定本發(fā)明，任何以本發(fā)明的技術(shù)精神為基礎(chǔ)所做的潤飾與更動，例如結(jié)構(gòu)的修飾或材料的替換，都未脫離本發(fā)明的權(quán) 利要求的范圍。
請參照圖1A至ID,圖1A至1D依照本發(fā)明第一優(yōu)選實施例所繪示的 一種氮化鎵發(fā)光二極管元件100的 一 系列工藝剖面圖。
首先請參照圖1A，提供透明基板101,其中透明基板101具有上表面 103以及相對于上表面103的下表面105。接著，進行蝕刻工藝蝕刻上表面 103，由此在上表面103上形成多個凹陷部107。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中， 上表面103未被蝕刻工藝所移除的部分，呈現(xiàn)多個具有透光與散射光線功能 的突出部109，其形狀例如為半圓球形、金字塔形、梯形、弧形、角錐形、 或不同形狀的組合。而這些突出部109可以為連續(xù)分布或不連續(xù)分布排列， 由此在上表面103組合成一個幾何圖案110。每一個突出部109可視為一種 具有光散射功能的微透鏡，因此通過上述步驟，可得到一種具有幾何圖案110 的表面的微透鏡基板111。在本實施例的中，幾何圖案110由多個呈周期性 連續(xù)排列且具有平臺的金字塔形突出部109所組成(如圖1B所繪示)。
接著請參照圖1C，可先利用例如沉積方式，在微透鏡基板111的上表 面103上方形成緩沖層113。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的中，緩沖層113為氮 化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)所形成。其中緩沖層113覆蓋于微透鏡基板111上， 并且與幾何圖案llO共形(Conform)。
然后，利用例如有機金屬化學(xué)氣相沉積技術(shù)，使用三曱基鎵 (Trimethylgallium; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上 述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且加入n型摻質(zhì)，例如硅(Si)等，在緩沖 層113上外延生長n型(第一電性)半導(dǎo)體層115。其中，n型半導(dǎo)體層115的 材料優(yōu)選可例如為n型氮化鋁銦鎵或n型氮化鎵。在n型半導(dǎo)體層115上外 延生長有源層117,其中有源層117優(yōu)選可例如為由氮化鋁銦鎵(AlGalnN) 以及氮化鎵所組成的多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
待有源層117形成后，使用三曱基鎵(Trimethylgallium; TMGa)、三曱 基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)、氨氣或上述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體， 且加入p型摻質(zhì)，例如鎂(Mg)等，在有源層117上生長p型(第二電性)半導(dǎo) 體層119。至此已完成外延生長步驟，在微透鏡基板111上形成外延結(jié)構(gòu)121。
然后利用變壓耦式等離子體(Transformer Coupled Plasma; TCP)進行蝕刻 工藝，以移除一部分的p型半導(dǎo)體層119和一部分的有源層117,使一部分的n型半導(dǎo)體層115暴露于外。再于n型半導(dǎo)體層115暴露于外的部分上形 成第一電極123。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一電極123的材料選自由銦 (In)、鋁(A1)、鈦(Ti)、金(Au)、鴒(W)、銦錫(InSn)、氮化鈦(TiN)、硅鎢(WSi)、 柏銦(Ptlri2)、銣/鋁(Nd/Al)、鎳/硅(Ni/Si)、釔/鋁(Pd/Al)、鉭/鋁(Ta/Al)、鈦/銀 (Ti/Ag)、鉭/銀(Ta/Ag)、鈦/鋁(Ti/Al)、鈥/金(Ti/Au)、鈦/氮化鈦(Ti/TiN)、鋯/ 氮化鋯(Zr/ZrN)、金/鍺/鎳(Au/Ge/Ni)、鉻/鎳/金(Cr/Au/Ni)、鎳/鉻/金(Ni/Cr/Au)、 鈦/4巴/金(Ti/Pd/Au)、鈥/鉑/金(Ti/Pt/Au)、鈦/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/鈥/
接著，在p型半導(dǎo)體層119上形成透明導(dǎo)電層125，再于透明導(dǎo)電層125 上形成第二電極127。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，透明導(dǎo)電層125的材料可 以是氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、 氧化鍶銅或上述材料的任意組合。第二電極127的材料則選自由鎳/金 (Au/Ni)、氧化鎳/金(NiO/Au)、鈀/銀/金/鈦/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、鉑/4如(Pt/Ru)、 鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)、 4巴/鎳(Pd/Ni)、鎳/釔/金(Ni/Pd/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、 銣/金(Ru/Au)、鈮/金(Nb/Au)、鈷/金(Co/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、鎳/柏(Ni/Pt)、 鎳銦(Ni/In)及鉑銦(Pt3lri7)所組成的組。
之后，再于微透鏡基板111的下表面105上形成反射層129，以形成發(fā) 光二極管元件100。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的中，反射層129可為多層氧化 物薄膜所組成的布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector; DBR)、 一維光 子晶體薄膜或金屬材料。其中金屬材料選自于由鋁(A1)、金(Au)、柏(Pt)、鋅 (Pb)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鍺(Ge)、銦(In)、錫(Sn)及其合金所組成的組。
由發(fā)光二極管元件100的有源層117所才殳射的光線131,先經(jīng)由反射層 129反射后，再經(jīng)過凹陷部107弧形表面的折射，會改變其投射角度與投射 路徑。經(jīng)反射與折射后，光線131的入射角大于透明電極125與外界環(huán)境的 介面的臨界角度，并向外界出射，因此可大幅提高發(fā)光二極管元件100的光 取出效率。
請參照圖2A至2D,圖2A至2D依照本發(fā)明第二優(yōu)選實施例所繪示的 一種氮化鎵發(fā)光二極管元件200的一系列工藝剖面圖。
首先請參照圖2A,提供透明基板201，其中透明基板201具有上表面 203以及相對于上表面203的下表面205。接著，進行蒸鍍或粘貼工藝，在 上表面203上形成多個具有透光與散射光線功能的凸粒209。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，凸粒209通過蒸鍍工藝在上表面203上所形成的絕緣凸粒，材 料為氧化硅、二氧化硅、或氮化硅。但在本發(fā)明的另外一些實施例之中，凸 粒209固設(shè)于透光膜片207上，再通過粘貼工藝粘貼于上表面203。凸粒209 的外形包括例如半圓球形、金字塔形、或角錐形，而這些突出部209可以連 續(xù)分布或不連續(xù)分布，由此在上表面203組合而成幾^T圖案210。每一個凸 粒209可視為一種具有光散射功能的微透鏡，因此通過上述步驟，可得到一 種表面具有幾何圖案210的微透鏡基板211。在本實施例中，幾何圖案210 由多個成周期性連續(xù)排列的半圓球形凸粒209所組成(如圖2B所繪示)。
接著請參照圖2C,可先利用例如沉積方式，在微透鏡基板211的上表 面203上方形成緩沖層213。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的中，緩沖層213為氮 化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)所形成。其中緩沖層213覆蓋位于微透鏡基板211 上，并且與幾何圖案210共形。
然后，利用例如有機金屬化學(xué)氣相沉積技術(shù)，使用三曱基鎵 (Trimethylgallium; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上 述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且加入n型摻質(zhì)，例如硅(Si)等，在緩沖 層213上外延生長n型(第一電性)半導(dǎo)體層215。其中，n型半導(dǎo)體層215的 材料優(yōu)選可例如為n型氮化鋁銦鎵或n型氮化鎵。再利用例如有機金屬化學(xué) 氣相沉積技術(shù)，在n型半導(dǎo)體層215上外延生長有源層217,其中有源層217 優(yōu)選可例如為由氮化鋁銦鎵(AlGalnN)以及氮化鎵所組成的多重量子阱 (MQW)結(jié)構(gòu)。
待有源層217形成后，即可利用例如有機金屬化學(xué)氣相沉積方式，使用 三曱基4家(Trimethylgallium; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、 氨氣或上述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且加入p型摻質(zhì)，例如鎂(Mg) 等，在有源層217上生長p型(第二電性)半導(dǎo)體層219。至此已完成外延生 長步驟，在微透鏡基材211上形成外延結(jié)構(gòu)221。
然后利用變壓耦式等離子體(Transformer Coupled Plasma; TCP)進行蝕刻 工藝，以移除一部分的p型半導(dǎo)體層219和一部分的有源層217，使一部分 的n型半導(dǎo)體層215暴露于外。再于n型半導(dǎo)體層215暴露于外的部分上形 成第一電極223。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一電極223的材料選自由銦 (In)、鋁(A1)、鈦(Ti)、金(Au)、鵪(W)、銦錫(InSn)、氮化鈥(TiN)、硅鴒(WSi)、 鉑銦(Ptlri2)、銣/鋁(Nd/Al)、鎳/硅(Ni/Si)、釔/鋁(Pd/Al)、鉭/4呂(Ta/Al)、鈦/銀(Ti/Ag)、鉭/銀(Ta/Ag)、鈦/鋁(Ti/Al)、鈦/金(Ti/Au)、鈥/氮化鈦(Ti/TiN)、鋯/ 氮化鋯(Zr/ZrN)、金/鍺/鎳(Au/Ge/Ni)、鉻/鎳/金(Cr/Au/Ni)、鎳/鉻/金(Ni/Cr/Au)、 鈦/把/金(Ti/Pd/Au)、鈦/柏/金(Ti/Pt/Au)、鈥/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/鈥/ 金/硅(Au/Si/Ti/Au/Si)及金/鎳/鈥/硅/鈥(Au/Ni/Ti/Si/Ti)所組成的組。
接著，在p型半導(dǎo)體層219上形成透明導(dǎo)電層225,再于透明導(dǎo)電層225 上形成第二電極227。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，透明導(dǎo)電層225的材料可 以是氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、 氧化鍶銅或上述材料的任意組合。第二電極227的材料則選自由鎳/金 (Au/Ni)、氧化鎳/金(NiO/Au)、 4巴/銀/金/鈥/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、鉑/凝口(Pt/Ru)、 鈥/鉑/金(Ti/Pt/Au)、鈀/鎳(Pd/Ni)、鎳/鈀/金(Ni/Pd/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、 銣/金(Ru/Au)、鈮/金(Nb/Au)、鈷/金(Co/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、鎳/鉑(Ni/Pt)、 鎳銦(Ni/In)及鉬銦(Pt3lri7)所組成的組。
之后，再于微透鏡基板211的下表面205上形成反射層229。在本發(fā)明 的優(yōu)選實施例的中，反射層229為由多層氧化物薄膜所組成的布拉格反射鏡 (Distributed Bragg Reflector; DBR)、 一維光子晶體薄膜或金屬材料。其中 金屬材料選自于由鋁(A1)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Pb)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鍺(Ge)、 銦(In)、錫(Sn)及其合金所組成的組。
由發(fā)光二極管元件200的有源層217所發(fā)射的光線231,先經(jīng)由反射層 229反射后，再經(jīng)過凸粒209(微透鏡)弧形表面的折射，會改變其入射角度與 入射路徑。經(jīng)由反射與折射后，光線231的入射角大于透明電極225與外界 環(huán)境的介面的臨界角度，并向外界射出，因此可大幅提高發(fā)光二極管元件200 的光取出效率。
請參照圖3A至3D，圖3A至3D依照本發(fā)明第三優(yōu)選實施例所繪示的 一種氮化鎵發(fā)光二極管元件300的 一 系列工藝剖面圖。
首先請參照圖3A，提供透明基板301,其中透明基板301具有上表面 303以及相對于上表面303的下表面305。
接著請參照圖3B，可先利用例如沉積方式，在透明基板301的上表面 303上方形成緩沖層313。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的中，緩沖層313為氮化 鋁(A1N)或氮化鎵(GaN)所形成。
然后，利用例如有機金屬化學(xué)氣相沉積技術(shù)，使用工曱基鎵 (Trimethylgamum; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且加入n型摻質(zhì)，例如硅(Si)等，在緩沖 層313上外延生長n型(第一電性)半導(dǎo)體層315。其中，n型半導(dǎo)體層315的 材料優(yōu)選可例如為n型氮化鋁銦鎵或n型氮化鎵。，在n型半導(dǎo)體層315上 外延生長有源層317，其中有源層317優(yōu)選可例如為由氮化鋁銦鎵(AlGalnN) 以及氮化鎵所組成的多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
有源層317形成后，使用三曱基鎵(Trimethylgallium; TMGa)、三曱基 鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且 加入p型摻質(zhì)，例如鎂(Mg)等，在有源層317上生長p型(第二電性)半導(dǎo)體 層319。至此已完成外延生長步驟。接著，進行蝕刻工藝，蝕刻透明基板301 的下表面305，由此在下表面305上形成多個凹陷部307。在本發(fā)明的優(yōu)選 實施例中，下表面305未被蝕刻工藝所移除的部分，則呈現(xiàn)多個具有透光與 散射光線功能的突出部309,其形狀可為如半圓球形、金字塔形、梯形、弧 形、角錐形、或不同形狀的組合。而這些突出部309可以為連續(xù)分布或不連 續(xù)分布排列，由此在下表面305組合成一個幾何圖案310。每一個突出部309 可視為一種具有光散射功能的微透鏡，因此通過上述步驟，可得到一種表面 具有幾何圖案310的微透鏡基板311。在本實施例的中，幾何圖案310由多 個呈周期性連續(xù)排列且具有平臺的金字塔形突出部309所組成(如圖3C所繪示)。
然后利用變壓耦式等離子體(Tmnsformer Coupled Plasma; TCP)進行蝕刻 工藝，以移除一部分的p型半導(dǎo)體層319和一部分的有源層317,使一部分 的n型半導(dǎo)體層315暴露于外。再于n型半導(dǎo)體層315暴露于外的部分上形 成第一電極323。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一電極323的材料選自由銦 (In)、鋁(A1)、鈦(Ti)、金(Au)、鶴(W)、銦錫(InSn)、氮化鈦(TiN)、硅鎢(WSi)、 鉑銦(Ptln。、銣/鋁(Nd/Al)、鎳/硅(Ni/Si)、 4巴/鋁(Pd/Al)、鉭/鋁(Ta/Al)、鈦/銀 (Ti/Ag)、鉭/銀(Ta/Ag)、鈦/鋁(Ti/Al)、鈦/金(Ti/Au)、鈦/氮化鈦(Ti/TiN)、鋯/ 氮化鋯(Zr/ZrN)、金/鍺/鎳(Au/Ge/Ni)、鉻/鎳/金(Cr/Au/Ni)、鎳/鉻/金(Ni/Cr/Au)、 鈦/釔/金(Ti/Pd/Au)、鈦/柏/金(Ti/Pt/Au)、鈥/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/鈥/ 金/硅(Au/Si/Ti/Au/Si)及金/鎳/鈥/硅/鈥(Au/Ni/Ti/Si/Ti)所組成的組。
接著，在p型半導(dǎo)體層319上形成透明導(dǎo)電層325，再于透明導(dǎo)電層325 上形成第二電極327。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，透明導(dǎo)電層325的材料可 以是氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、氧化鍶銅或上述材料的任意組合。第二電極327的材料則選自由鎳/金 (Au/Ni)、氧化鎳/金(NiO/Au)、鈀/銀/金/鈥/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、鉑/4如(Pt/Ru)、 鈥/鉑/金(Ti/Pt/Au)、 4巴/鎳(Pd/Ni)、鎳/釔/金(Ni/Pd/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、 銣/金(Ru/Au)、鈮/金(Nb/Au)、鈷/金(Co/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、鎳/鉑(Ni/Pt)、 鎳銦(Ni/In)及鉑銦(Pt3lri7)所組成的組。
之后，再于微透鏡基板311的下表面305上形成與幾何圖案310共形的 反射層329,以形成發(fā)光二極管元件300。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，反射 層329為由多層氧化物薄膜所組成的布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector; DBR)、 一維光子晶體薄膜或金屬材料。其中金屬材料選自于由鋁 (Al)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Pb)、銀(Ag)、鎳(Ni)、鍺(Ge)、銦(In)、錫(Sn)及 其合金所組成的組。
由發(fā)光二極管元件300的有源層317所投射的光線331,先經(jīng)由反射層 329反射后，再經(jīng)過凹陷部307弧形表面的折射，會改變其入射角度與入射 路徑。經(jīng)由反射與折射后，光線331的入射角大于透明電極325與外界環(huán)境 的介面的臨界角度，并向外界射出，因此可大幅提高發(fā)光二極管元件300的 光取出效率。
請參照圖4A至4D,圖4A至4D依照本發(fā)明第四優(yōu)選實施例所繪示的 一種氮化鎵發(fā)光二極管元件400的 一 系列工藝剖面圖。
首先請參照圖4A,提供透明基板401，其中透明基板401具有上表面 403以及相對于上表面403的下表面405。
接著請參照圖4B,可先利用例如沉積方式，在透明基板401的上表面 403上方形成緩沖層413。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，緩沖層413為氮化鋁 (A1N)或氮化鎵(GaN)所形成。
然后，利用例如有機金屬化學(xué)氣相沉積技術(shù)，使用三甲基鎵 (Trimethylgallium; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上 述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體，且加入n型摻質(zhì)，例如硅(Si)等，在緩沖 層413上外延生長n型(第一電性)半導(dǎo)體層415。其中，n型半導(dǎo)體層415的 材料優(yōu)選可例如為n型氮化鋁銦鎵或n型氮化鎵。在n型半導(dǎo)體層415上外 延生長有源層417，其中有源層417優(yōu)選可例如為由氮化鋁銦鎵(AlGalnN) 以及氮化鎵所組成的多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。
待有源層417形成后，使用三曱基鎵(Trimethylgallium; TMGa)、三曱基鋁(TMA1)、三曱基銦(TMIn)、氨氣或上述氣體的任意組合作為反應(yīng)氣體， 且加入p型4參質(zhì)，例如鎂(Mg)等，在有源層417上生長p型(第二電性)半導(dǎo) 體層419。至此已完成外延生長步驟。接著，進行蒸鍍或粘貼工藝，在下表 面405上形成多個具有透光與散射光線功能的凸粒409。在本發(fā)明的優(yōu)選實 施例中，凸粒409通過蒸鍍工藝在下表面405上所形成的絕緣凸粒，材料為 氧化硅、二氧化硅、或氮化硅。但在本發(fā)明的另外一些實施例中，凸粒409 固設(shè)于透光膜片407上，再通過粘貼工藝粘貼于下表面405。凸粒409的外 形包括例如半圓球形、金字塔形、梯形、弧形、角錐形或不同形狀的組合， 而這些突出部409可以連續(xù)分布或不連續(xù)分布，由此在下表面405組合而成 幾何圖案410。每一個凸粒409可視為一種具有光散射功能的微透鏡，因此 通過上述步驟，可得到一種表面具有幾何圖案410的微透鏡基板411。在本 實施例中，幾何圖案410由多個成周期性連續(xù)排列的半圓球形凸粒409所組 成(如圖4C所繪示)。
然后利用變壓耦式等離子體(Transformer Coupled Plasma; TCP)進行蝕刻 工藝，以移除一部分的p型半導(dǎo)體層419和一部分的有源層417，使一部分 的n型半導(dǎo)體層415暴露于外。再于n型半導(dǎo)體層415暴露于外的部分上形 成第一電極423。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一電極423的材料選自由銦 (In)、鋁(A1)、鈦(Ti)、金(Au)、鴒(W)、銦錫(InSn)、氮化鈦(TiN)、硅鎢(WSi)、 鉑銦(Ptln2)、銣/鋁(Nd/Al)、鎳/硅(Ni/Si)、釔/鋁(Pd/Al)、鉭/鉛(Ta/Al)、鈦/銀 (Ti/Ag)、鉭/銀(Ta/Ag)、鈦/鋁(Ti/Al)、鈥/金(Ti/Au)、鈥/氮化鈦(Ti/TiN)、鋯/ 氮化鋯(Zr/ZrN)、金/鍺/鎳(Au/Ge/Ni)、鉻/鎳/金(Cr/Au/Ni)、鎳/鉻/金(Ni/Cr/Au)、 鈥/釔/金(Ti/Pd/Au)、鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)、鈥/鋁/鎳/金(Ti/Al/Ni/Au)、金/硅/鈥/ 金/硅(Au/Si/Ti/Au/Si)及金/鎳/鈥/硅/鈥(Au/Ni/Ti/Si/Ti)所組成的組。
接著，在n型半導(dǎo)體層419上形成透明導(dǎo)電層425,再于透明導(dǎo)電層425 上形成第二電極427。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，透明導(dǎo)電層425的材料可 以是氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、 氧化鍶銅或上述材料的任意組合。第二電極427的材料則選自由鎳/金 (Au/Ni)、氧化鎳/金(NiO/Au)、鈀/銀/金/鈥/金(Pd/Ag/Au/Ti/Au)、鉑/凝口(Pt/Ru)、 鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)、 4巴/鎳(Pd/Ni)、鎳/4巴/金(Ni/Pd/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、 銣/金(Ru/Au)、鈮/金(Nb/Au)、鈷/金(Co/Au)、鉑/鎳/金(Pt/Ni/Au)、鎳/鉑(Ni/Pt)、 鎳銦(Ni/In)及鉑銦(Pt3ln7)所組成的組。之后，再于微透鏡基板411的下表面405上形成反射層429。其中反射 層429與由凸粒409所組合而成的幾何圖案410共形。在本發(fā)明的優(yōu)選實施 例的中，反射層429為由多層氧化物薄膜所組成的布拉格反射層(Distributed Bragg Reflector; DBR)、 一維光子晶體薄膜或金屬材料。其中金屬材料選自 于由鋁(A1)、金(Au)、柏(Pt)、鋅(Pb)、 4艮(Ag)、鎳(Ni)、鍺(Ge)、銦(In)、錫 (Sn)及其合金所組成的組。
由發(fā)光二極管元件400的有源層417所投射的光線431,先經(jīng)由反射層 429反射后，再經(jīng)過凸粒409(微透鏡)弧形表面的折射，會改變其入射角度與 入射路徑。經(jīng)由反射與折射后，光線431的入射角大于透明電極425與外界 環(huán)境的介面的臨界角度，并向外界射出，因此可大幅提高發(fā)光二極管元件400 的光取出效率。
本發(fā)明的上述實施例提供一種具有多個微透鏡的透明基板，并在基板上 方生長外延結(jié)構(gòu)，并于透明基板下方形成反光層。由外延結(jié)構(gòu)的有源層所投 射的光線經(jīng)由反射層和微透鏡的反射與散射之后，會改變光線的入射角度， 可增加發(fā)光二極管元件的光取出率。
因此上述實施例所提供的發(fā)光二極管元件，不僅具有高光取出率的優(yōu) 勢，而且在工藝中不會損傷光二極管的外延結(jié)構(gòu)，更可提高發(fā)光二極管元件 的工藝成品率，達到上述的發(fā)明目的。
雖然本發(fā)明已以上述優(yōu)選實施例"坡露如上，然其并非用以限定本發(fā)明， 任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可 作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管元件，包括微透鏡基板，該微透鏡基板的上表面具有多個微透鏡；反射層，位于該微透鏡基板的下表面上；緩沖層，位于該微透鏡基板上表面上；第一電性半導(dǎo)體層，位于該緩沖層上；有源層，位于一部分的該第一電性半導(dǎo)體層上；第二電性半導(dǎo)體層，位于該有源層上；第一電極，位于該第一電性半導(dǎo)體層未覆蓋該有源層的另一部分上；以及第二電極，位于該第二電性半導(dǎo)體層上。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，還包括透明導(dǎo)電層，位于該第 二電極與該第二電性半導(dǎo)體層之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該反射層為由多層氧化物 薄膜所形成的布拉格反射層、 一維光子晶體薄膜或由金屬材料所組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管元件，其中該基板為氧化鋁基板。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管元件，其中這些微透鏡由多個突出部 所構(gòu)成，且這些突出部為該氧化鋁基板的一部分。
6. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管元件，其中這些微透鏡由多個凸粒構(gòu) 成，其中這些凸粒的材料為氧化硅、二氧化硅、或氮化硅。
7. —種發(fā)光二極管元件，包括微透鏡基板，該為透鏡基板的下表面具有多個微透鏡；反射層，位于該下表面上；緩沖層，位于該微透鏡基板上表面上；第一電性半導(dǎo)體層，位于該緩沖層上；有源層，位于一部分的該第一電性半導(dǎo)體層上；第二電性半導(dǎo)體層，位于該有源層上；第一電極，位于該第一電性半導(dǎo)體層未覆蓋該有源層的另一部分上；以及第二電極，位于該第二電性半導(dǎo)體層上。
8. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件，還包括透明導(dǎo)電層，位于該第 二電極與該第二電性半導(dǎo)體層之間。
9. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件，其中該反射層為由多層氧化物 薄膜所形成布拉格反射層、 一維光子晶體薄膜或由金屬材料所組成。
10. 如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管元件，其中該^t透鏡基板為氧化鋁 基板。
11. 如權(quán)利要求IO所述的發(fā)光二極管元件，其中這些微透鏡由多個突出 部構(gòu)成，且這些突出部為該氧化鋁基板的一部分。
12. 如權(quán)利要求IO所述的發(fā)光二極管元件，其中這些微透鏡由多個凸粒 構(gòu)成，其中這些凸粒的材料為氧化硅、二氧化硅或氮化硅。
全文摘要
一種發(fā)光二極管元件，包括微透鏡基板、反射層、緩沖層、第一電性半導(dǎo)體層、有源層、第二電性半導(dǎo)體層、第一電極以及第二電極，其中該微透鏡基板的上表面具有多個微透鏡。緩沖層位于微透鏡基板的上表面上，第一電性半導(dǎo)體層則位于緩沖層上。有源層位于一部分的第一電性半導(dǎo)體層上。第二電性半導(dǎo)體層位于有源層上。第一電極位于第一電性半導(dǎo)體層未覆蓋有源層的另一部分上。第二電極位于第二電性半導(dǎo)體層上。反射層位于微透鏡基板的下表面上。
文檔編號H01L33/00GK101308890SQ200710103980
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者沈建賦, 郭得山, 郭政達 申請人:晶元光電股份有限公司