專利名稱：發(fā)光二極管裝置及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及結(jié)晶III-V族發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
一般而言，發(fā)光二極管(light-emitting diode ;LED)是由第一導(dǎo)電型的第一導(dǎo) 電層、有源層與第二導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電層所構(gòu)成，并且在正偏壓(forward-biased)下會產(chǎn) 生光線。不同顏色的發(fā)光二極管可使用不同能隙(bandgap)的材料形成。典型的有源層會 從發(fā)光層的兩側(cè)射出光線，且光線會往所有的方向傳播。然而，由于從兩側(cè)并往所有方向射 出的光線中，會有部分的光能被損失掉，因此在實際的應(yīng)用上，常僅需要光線從單一側(cè)并沿 著特定的方向射出。在一種提升光線從發(fā)光二極管裝置單一側(cè)的射出量的方法中，是在基板與發(fā)光二 極管結(jié)構(gòu)之間形成反射層。反射層包括金屬反射材料，其會使從基板側(cè)上的發(fā)光二極管裝 置射出的光線反射回向發(fā)光二極管的發(fā)光面，借此提升發(fā)光二極管裝置的光效率(light efficiency)0雖然反射金屬層能幫助光線從發(fā)光二極管裝置的單一側(cè)射出，然而射出的光線一 般仍會朝向超過180°的范圍的所有方向傳播。往所有方向傳播的光線在某些需要光線沿 著特定方向射出的應(yīng)用中，例如透鏡組或類似的裝置，是不期望的。在另一種強化發(fā)光二極管裝置的光線輸出量的方法中，是將發(fā)光表面粗糙化。具 有平滑表面的發(fā)光二極管裝置會有較高程度的全內(nèi)反射(totalinternal reflection)，其 中光線會傾向反射回有源層，而不是被射出。為了降低全內(nèi)反射的程度，可將發(fā)光二極管裝 置的表面粗糙化。表面粗糙度一般是在形成發(fā)光二極管裝置時，通過金屬有機化學(xué)氣相沉 積工藝控制，或者是在形成發(fā)光二極管裝置之后，通過蝕刻工藝控制。雖然表面粗糙化會提 升光線的輸出量，然而要在粗糙表面上形成良好的歐姆接觸有困難度。又另一種強化發(fā)光二極管裝置的光線輸出量的方法包括形成納米柱。在此方法 中，發(fā)光二極管裝置包括許多個從基板垂直地向上延伸的納米級發(fā)光柱。然而，由于納米柱 產(chǎn)生的大部分光線，會以大于臨界角度的角度入射于納米柱的側(cè)壁上，因此從納米柱結(jié)構(gòu) 輸出的光線仍會由于全內(nèi)反射的因素而減少。根據(jù)上述，因此有需要光效率提升的發(fā)光二極管裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管裝置，包括一 基板；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，形成在該基板上，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有一下方發(fā)光二極管層、 一有源層與一第一上方發(fā)光二極管層；以及多個嵌入元件，至少延伸穿過部分該發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)的該第一上方發(fā)光二極管層，所述多個嵌入元件由上方觀看是被該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 所圍繞，所述多個嵌入元件的折射系數(shù)不同于該第一上方發(fā)光二極管層。本發(fā)明也提供一種發(fā)光二極管裝置，包括一基板；以及一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，位于該基板上，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有至少位于一第一導(dǎo)電層中的多個嵌入元件，所述多個嵌入元件的折射系數(shù)不同于嵌入所述多個嵌入元件的該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一薄膜。本發(fā)明還提供一種形成發(fā)光二極管裝置的方法，該方法包括提供一基板；在該 基板上形成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括一下方發(fā)光二極管層、一有源層與 一第一上方發(fā)光二極管層；以及形成多個嵌入元件，其由上方觀看是被該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu) 圍繞，所述多個嵌入元件的折射系數(shù)不同于該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可有效提升發(fā)光二極管的光效率。


圖1至圖4顯示本發(fā)明一實施例形成發(fā)光二極管裝置的各種工藝步驟。
圖5及圖6顯示本發(fā)明另--實施例形成發(fā)光二極管裝置的各種工藝步驟。
圖7及圖8顯示本發(fā)明另--實施例形成發(fā)光二極管裝置的各種工藝步驟。
圖9至圖11顯示本發(fā)明另一實施例形成發(fā)光二極管裝置的各種工藝步驟。
圖12至圖14顯示各種具有圓形嵌入元件的發(fā)光二極管的平面圖。
上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下
100 發(fā)光二極管裝置；
102 基板；
104 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；
106 下方發(fā)光二極管層；
108 發(fā)光層(或有源層)
110 第一上方發(fā)光二極售;層；
120 圖案化掩模；
200 發(fā)光二極管裝置；
202 開口 ；
300 發(fā)光二極管裝置；
302 嵌入元件；
400 發(fā)光二極管裝置；
410 第二上方發(fā)光二極售;層；
502 開口 ；
602 嵌入元件；
610 第二上方發(fā)光二極售;層；
702 開口 ；
802 嵌入元件；
810 第二上方發(fā)光二極售;層；
902 介電層；
1002 發(fā)光二極管；
1204 嵌入元件。
具體實施例方式有關(guān)各實施例的制造和使用方式如以下所詳述。然而，值得注意的是，本發(fā)明所提 供的各種可應(yīng)用的發(fā)明概念是依具體內(nèi)文的各種變化據(jù)以實施，且在此所討論的具體實施 例僅是用來顯示具體使用和制造本發(fā)明的方法，而不用以限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供形成發(fā)光二極管的新穎方法。應(yīng)要了解本發(fā)明是顯示說明發(fā)明概念的 必要步驟，然而也可在范例步驟中進行其他的公知工藝。以下是通過各種附圖及實施例說 明本發(fā)明較佳實施例的制造過程。在本發(fā)明各種附圖和實施例中，相同的符號代表相同的 元件。圖1至圖4顯示本發(fā)明實施例，形成具有嵌入元件的發(fā)光二極管裝置100的各種 工藝步驟。首先請參考圖1，發(fā)光二極管裝置100具有基板102，與形成在基板102上的 發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104?；?02可為任何發(fā)光二極管裝置形成于其上的基板，包括藍寶石 (sapphire)基板、碳化硅(SiC)基板、硅基板及類似的基板。對于結(jié)晶基板而言，可使用不 同的面位向(surface orientation)，例如(111)、(110)或(100)。發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104可包括任何用于特定應(yīng)用的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。一般而 言，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104包括形成在基板102表面上的下方發(fā)光二極管層(lower LED layer) 106 下方發(fā)光二極管層106較佳是以第一導(dǎo)電型的摻雜物摻雜的III-V族化合物。 舉例來說，可使用n型導(dǎo)電型的III-N族化合物，例如n型氮化鎵(n-GaN)。舉例來說，n型 氮化鎵下方發(fā)光二極管層106可使用金屬有機氣相外延(M0VPE)工藝，通過將基板設(shè)置在 金屬有機等離子體氣相外延(M0PVE)設(shè)備的反應(yīng)腔室中，加熱至約1，000°C，并供應(yīng)氫氣、 氨氣與三甲基鎵(trimethyl gallium ;TMGa)至反應(yīng)腔室中而形成。為了形成n型摻雜的氮 化鎵，也將硅烷(silane ;SiH4)引入至反應(yīng)腔室中。反應(yīng)腔室中的壓力可約為40torr。也 可使用其他的工藝，例如分子束外延工藝、金屬有機化學(xué)氣相沉積工藝、氫化物氣相外延工 藝、液相外延工藝或類似的工藝，并可使用其他的III-N族材料，舉例來說，包括GaN、InN、 A1N、Ir^GadylAlxGadyNjlJiiyGadiyN或類似的物質(zhì)。也可使用其他的III-V族材料。發(fā)光層108 (有時也稱為有源層)形成在下方發(fā)光二極管層106上。發(fā)光層108 可包括同質(zhì)結(jié)(homojunction)、異質(zhì)結(jié)(heterojunction)、單量子講(single-quantum well ；SQW)、多量子阱(multiple-quantum well ；MQW)或類似的結(jié)構(gòu)。在一示范實施例中， 發(fā)光層108包括未摻雜的n型氮化鎵銦(galliumindium nitride ;GaxInyN(1_x_y))。在其他 實施例中，發(fā)光層108包括其他一般使用的材料，例如氮化鋁銦鎵(AlxInyGaa_x_y)N)。又在 其他實施例中，發(fā)光層108可為多量子阱，包括交替排列的多個阱層(例如InGaN)與阻擋 層(例如GaN)。發(fā)光層108的形成方法包括金屬有機氣相外延工藝、金屬有機化學(xué)氣相沉積 工藝、分子束外延工藝、氫化物氣相外延工藝、液相外延工藝或其他適合的化學(xué)氣相沉積法。第一上方發(fā)光二極管層110設(shè)置在發(fā)光層108上。第一上方發(fā)光二極管層110 較佳是以相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型摻雜物所摻雜的III-N族化合物，例如p型 氮化鎵(p-GaN)，并可以相似于形成下方發(fā)光二極管層106的工藝形成。舉例來說，在 一實施例中，是使用n型氮化鎵/多量子阱/p型氮化鎵(n-GaN/MQW/p-GaN)發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)，而第一上方發(fā)光二極管層110可為p型氮化鎵層，其是使用金屬有機氣相外 延工藝，通過將反應(yīng)腔室加熱至約1，000°C，并提供氫氣、氨氣與三甲基鎵(trimethyl gallium ；TMGa)至反應(yīng)腔室中所形成。為了形成p型摻雜的氮化鎵，也將雙環(huán)戊二烯基鎂(bis-cyclopentadienylmagnesium ；CP2Mg)引入至反應(yīng)腔室中。反應(yīng)腔室中的壓力可約為 40torr。應(yīng)要注意以上說明是提供用來示例說明發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)構(gòu)造的大體概要。其他 薄膜，例如反射層(例如分布布拉格反射器(distributed Braggreflector)、全向反射器 (omni-directional reflector))、緩沖/成核層、覆蓋/接觸層或類似的薄膜，也可在特定 的應(yīng)用中，視需求和/或期望而存在。此外，應(yīng)要注意，當(dāng)薄膜是以單一薄膜做說明時，其可 為包括相同或不同材料的多個薄膜。舉例來說，下方發(fā)光二極管層與第一上方發(fā)光二極管 層可各別包括一個或多個接觸層，及一個或多個覆蓋層，上述兩種薄膜可以相同或不同的 材料形成。發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也可根據(jù)使用的材料種類與預(yù)期的應(yīng)用而改變。本發(fā)明 實施例預(yù)料可使用多種種類的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其會在發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104中提供嵌入結(jié) 構(gòu)。也應(yīng)要注意以上工藝是采用p型上方層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(p-up LEDstructure)。在此實施例中，采用的下方發(fā)光二極管層106是被摻雜而具有n型導(dǎo)電型， 而采用的第一上方發(fā)光二極管層110是被摻雜而具有p型導(dǎo)電型。在本發(fā)明的其他實施例 中，是使用n型上方層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)(n-up LEDstructure)，其中采用的下方發(fā)光二極 管層106和/或基板102是被摻雜而具有p型導(dǎo)電型，而采用的第一上方發(fā)光二極管層110 是被摻雜而具有n型導(dǎo)電型。請參考圖1，圖案化掩模120包括一個或多個介電層。在一實施例中，圖案化掩模 120包括，舉例來說，使用四乙基硅酸鹽(tetra-ethyl-ortho-silicate ；TE0S)及氧氣作為 前趨物的熱氧化技術(shù)或化學(xué)氣相沉積技術(shù)所形成的二氧化硅層；或是使用硅烷(silane) 與氨氣(ammonia)作為前趨物的化學(xué)氣相沉積技術(shù)所形成的氮化硅層?；蛘撸瑘D案化掩模 120可以其他的介電材料形成。舉例來說，也可使用氮氧化硅或類似的材料。也可使用多層 的硬掩模，例如由二氧化硅與氮化硅所構(gòu)成的多個薄膜。另外，也可使用其他例如金屬、金 屬氮化物、金屬氧化物或類似的材料。舉例來說，圖案化掩模120可以金屬鎢形成。在毯覆性地形成介電層之后，接著可使用公知的光刻技術(shù)進行圖案化工藝，以得 到圖案化掩模120。一般而言，光刻技術(shù)包含沉積光致抗蝕劑材料，并對光致抗蝕劑材料的 圖案部分照光。之后，顯影光致抗蝕劑材料以移除部分光致抗蝕劑材料。剩余的光致抗蝕 劑材料在之后例如蝕刻的工藝步驟中，會保護位于其下方的材料。在此范例中，圖案化掩模 120是使用光致抗蝕劑材料，通過在光致抗蝕劑材料中形成開口圖案，并然后將開口圖案蝕 刻至毯覆的介電層中所形成。最后形成在圖案化掩模120中的開口會露出部分發(fā)光二極管 結(jié)構(gòu)104，以進行之后的蝕刻工藝。圖2顯示本發(fā)明實施例在進行蝕刻步驟之后，會在發(fā)光二極管裝置100中形成開 口 202。在蝕刻工藝中，圖案化掩模120會保護位于其下方的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104不被蝕 刻。最后，會移除發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104未被保護的部分，借此形成開口 202。在一實施例中， 蝕刻工藝至少包括使用氫氧化鉀(K0H)的光強化電化學(xué)濕式蝕刻工藝(photo-enhanced electrochemical (PEC) wetetch)。開口 202的寬度較佳介于約10nm至約lOym，且至少向 下延伸至基板102。也可使用其他的蝕刻工藝，包括干式蝕刻工藝(例如感應(yīng)偶合等離子 體t蟲亥lj工藝(inductively-coupled plasma (ICP) etching)、反應(yīng)離子t蟲亥lj工藝(reactive ion etching ；RIE)及類似的工藝)和/或濕式蝕刻工藝(例如化學(xué)蝕刻工藝、光輔助的低溫蝕刻工藝(photo-assisted cryogenic (PAC) etching)及類似的工藝)。應(yīng)要注意開口 202可為任何的形狀，例如三角錐形(pyramid)、錐形(tapered)、圓柱形(cylindrical), 半圓形(semisphere)、柱形(column)、矩形(rectangular)或類似的形狀，而以圓形的開口 202為較佳。圖3顯示本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管裝置100，在填充開口 202之后會形成嵌入 元件302。應(yīng)要注意在此實施例中，開口 202與形成于其中的嵌入元件302，是與發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)104的所有薄膜接觸。在此實施例中，較佳是使用非導(dǎo)電性材料或介電材料填充開 口 202。舉例來說，嵌入元件302可為通過化學(xué)氣相沉積工藝形成的例如二氧化硅的介電材 料。也可使用其他的材料，例如旋轉(zhuǎn)涂布玻璃、環(huán)氧樹脂或類似的材料。根據(jù)上述，嵌入元 件是指以固體材料填充開口 202所形成的分開固體結(jié)構(gòu)。因此，嵌入元件并不是圍繞未填 充的開口或內(nèi)連接的開口(不論是填充的或未填充的開口)，例如環(huán)繞納米柱的內(nèi)連接間 隙(interconnected space)。雖然可使用任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬汕度朐?02，然而在用來形成嵌入元件302的 材料中，以具有不同于發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104的折射系數(shù)的材料為較佳。在此方法中，折射系 數(shù)的差異性，會使從發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104的發(fā)光層108射出的光線，被反射和/或折射回向 一般的視向(viewing direction)。若有必要，可進行平坦化工藝。根據(jù)用來形成嵌入元件302的方法，有可能會期望 從發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104的表面，移除用來形成嵌入元件302的過度填充材料。此能以化學(xué) 機械研磨工藝、回蝕刻工藝或類似的工藝來完成。圖案化掩模120可在形成嵌入元件302之前或之后移除。在一實施例中，圖案化 掩模120可通過在氫氟酸(HF)中的濕浸潤法移除。在其他實施例中，圖案化掩模120是在 平坦化工藝中被移除。圖4顯示本發(fā)明實施例，在第一上方發(fā)光二極管層110上形成任選的(optional) 第二上方發(fā)光二極管層410。第二上方發(fā)光二極管層410可用來幫助平坦化上方發(fā)光二極 管層，以利于在之后得到良好的歐姆接觸，并能以相似于用來形成第一上方發(fā)光二極管層 110的工藝形成。然而，也可使用其他的工藝及材料。之后，可進行工藝以完成發(fā)光二極管裝置100。舉例來說，可分別在第一與第二接 觸層形成電性接觸(前側(cè)和/或后側(cè)接觸)，可形成保護層，并可分割及封裝發(fā)光二極管裝置。圖5及圖6顯示本發(fā)明另一實施例，形成具有嵌入元件的發(fā)光二極管裝置200的 各種工藝步驟。圖5及圖6是采用相似于先前參照圖1所述的起始結(jié)構(gòu)，其中相同的符號 代表相同的元件，但也可使用其他的結(jié)構(gòu)。因此，本實施例的方法是以上述參照圖1所討論 的工藝之后，進行以下參照圖5及圖6所述的工藝做說明。圖5顯示本發(fā)明實施例，進行蝕刻步驟以形成開口 502。與先前參照圖2所進行 的蝕刻步驟不同，本實施例中的蝕刻工藝所形成的開口 502，僅延伸穿過上方發(fā)光二極管 層110。在一實施例中，所進行的蝕刻工藝至少包括使用氫氧化鉀的光強化電化學(xué)濕式 蝕刻工藝。也可使用其他的蝕刻工藝，包括干式蝕刻工藝(例如感應(yīng)偶合等離子體蝕刻 工藝、反應(yīng)離子蝕刻工藝及類似的工藝)和/或濕式蝕刻工藝(例如化學(xué)蝕刻工藝、光輔 助的低溫蝕刻工藝及類似的工藝)。應(yīng)要注意開口 502可為任何的形狀，例如三角錐形(pyramid)、維形(tapered)、圓柱形(cylindrical)、半圓形(semisphere)、柱形(column)、 矩形(rectangular)或類似的形狀，而以寬度介于約lOnm至約10 y m的圓形開口為較佳。請參考圖6，之后可以介電材料填充開口 502，借此形成嵌入元件602，且若有需 要，可以相似于先前參照圖3所述的方法平坦化之。圖6也顯示本發(fā)明實施例中，在第一上方發(fā)光二極管層110上形成任選的 (optional)第二上方發(fā)光二極管層610。任選的第二上方發(fā)光二極管層610可用來幫助平 坦化上方發(fā)光二極管層，以利于在之后得到良好的歐姆接觸，且第二上方發(fā)光二極管層610 能以相似于先前參照圖4所述用來形成任選的第二上方發(fā)光二極管層410的方法形成?？?進行工藝以完成發(fā)光二極管裝置200。舉例來說，可分別在第一與第二接觸層形成電性接觸 (前側(cè)和/或后側(cè)接觸)，可形成保護層，并可分割及封裝發(fā)光二極管裝置。圖7及圖8顯示本發(fā)明另一實施例，形成具有嵌入元件的發(fā)光二極管裝置300的 各種工藝步驟。圖7及圖8是采用相似于先前參照圖1所述的起始結(jié)構(gòu)，其中相同的符號 代表相同的元件，但也可使用其他的結(jié)構(gòu)。請參考圖7，形成的開口 702僅穿過部分的第一上方發(fā)光二極管層110。相較 于上述延伸穿過所有的第一上方發(fā)光二極管層110的開口，此實施例中的開口僅延伸穿 過部分的第一上方發(fā)光二極管層110。開口 702可通過使用氫氧化鉀的光強化電化學(xué)濕 式蝕刻工藝形成。也可使用其他的蝕刻工藝，包括干式蝕刻工藝(例如感應(yīng)偶合等離子 體蝕刻工藝、反應(yīng)離子蝕刻工藝及類似的工藝)和/或濕式蝕刻工藝(例如化學(xué)蝕刻工 藝、光輔助的低溫蝕刻工藝及類似的工藝)。應(yīng)要注意開口 702可為任何的形狀，例如三 角形(triangular)、錐形(tapered)、圓柱形(cylindrical)、半圓形(semisphere)、柱形 (column)、矩形(rectangular)或類似的形狀，而以寬度介于約lOnm至約10 ym的圓形開 口為較佳。請參考圖8，之后，可移除圖案化掩模120 (參考圖7)，并可以介電材料填充開口 702，借此形成嵌入元件802。若有需要，可以相似于先前參照圖3所述的方法進行平坦化工藝。應(yīng)要注意嵌入元件802也可使用導(dǎo)電材料形成。在此實施例中，嵌入元件802并 未與發(fā)光層108接觸，且因此可使用埋藏于第一上方發(fā)光二極管層110中的導(dǎo)電材料形成。 舉例來說，嵌入元件802可包括氧化銦錫(indium-tin-oxide ;IT0)或氧化鋅(ZnO)。圖8也顯示本發(fā)明一實施例，在第一上方發(fā)光二極管層110上形成任選的第二上 方發(fā)光二極管層810。任選的第二上方發(fā)光二極管層810可用來幫助平坦化上方發(fā)光二極 管層，以利于在之后得到良好的歐姆接觸，且第二上方發(fā)光二極管層810能以相似于先前 參照圖4所述用來形成任選的第二上方發(fā)光二極管層410的方法形成。然后可進行工藝以 完成發(fā)光二極管裝置300。舉例來說，可分別在第一與第二接觸層形成電性接觸(前側(cè)和/ 或后側(cè)接觸)，可形成保護層，并可分割及封裝發(fā)光二極管裝置。圖9至圖11顯示本發(fā)明另一實施例，形成具有嵌入元件的發(fā)光二極管裝置400 的各種工藝步驟。首先請參考圖9，介電層902形成在基板102上。介電層902可包 括一個或多個介電層。于一實施例中，舉例來說，介電層902可包括使用四乙基硅酸鹽 (tetra-ethyl-ortho-silicate ；TE0S)及氧氣作為前趨物的熱氧化技術(shù)或化學(xué)氣相沉積 技術(shù)所形成的二氧化硅層?；蛘撸殡妼?02可以其他的介電材料形成。舉例來說，也可使用氮化硅、氮氧化硅或類似的材料，且也能以例如化學(xué)氣相沉積的工藝形成。也可使用多 層的介電層，例如由二氧化硅與氮化硅所構(gòu)成的多層薄膜。介電層902的厚度較佳介于約 2um 6 y m。圖10顯示本發(fā)明實施例中，接著圖案化介電層902(參照圖9)以形成嵌入元件 1002。在一實施例中，是使用公知的光刻技術(shù)圖案化介電層902。在此范例中，是使用光致 抗蝕劑材料制造嵌入元件1002。每個嵌入元件1002的高度較佳介于約50入至約1000人， 且寬度介于約10nm至約10 u m。嵌入元件1002可為任何的形狀，例如矩形(rectangle)、 圓形(circle)、橢圓形(oval)、三角形(triangle)和/或類似的形狀，而以圓形為較佳。然后形成如圖11所示的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104。應(yīng)要注意發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104可使 用如先前參照圖1所述的相似材料及相似工藝形成，但由于使用的工藝與材料是用來形成 嵌入元件，因此發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)104將只形成在基板102露出的部分。于此方法中，是以不 同于先前參照圖1至圖4所述的順序，也即，是以先形成嵌入元件1002，然后形成發(fā)光二極 管結(jié)構(gòu)104的順序，形成相似于先前所述的裝置。圖12至圖14顯示各種具有圓形嵌入元件1204的發(fā)光二極管1202的平面圖。詳 細地說，圖12顯示具有依行與列(columns and rows)排列的嵌入元件1204的發(fā)光二極管 1202 ；圖13顯示具有交錯排列的嵌入元件1204的發(fā)光二極管1202 ；且圖14顯示具有排列 成另一圖案的嵌入元件1204的發(fā)光二極管1202。雖然各個嵌入元件1204可為任何的形狀， 然而在圖12至圖14顯示的較佳實施例中，嵌入元件1204為圓形。在此實施例中，圓形嵌入 元件1204的直徑較佳介于約lOnm至約10 u m。也可使用其他例如橢圓形(elliptical)、 矩形(rectangular)、三角形(triangular)或類似的形狀及其他的圖案。也應(yīng)要注意可調(diào)整嵌入元件的形狀與圖案以降低電流擁擠(currentcrowding) 的程度。在一些實施例中，嵌入元件是以介電材料形成，上述嵌入元件可作用為電流阻隔 (current blocking)元件，造成電流在嵌入元件的周圍流動，而可能使得裝置的溫度升高， 并使裝置失效。在如圖14中所述的實施例能夠幫助降低電流擁擠的程度。此外，在如圖8 中所述的實施例中，嵌入元件并未與有源層接觸，并可使用導(dǎo)電材料形成嵌入元件。這能夠 更進一步地減少電流擁擠的效應(yīng)。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍 當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管裝置，包括 一基板；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，形成在該基板上，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有一下方發(fā)光二極管層、一 有源層與一第一上方發(fā)光二極管層；以及多個嵌入元件，至少延伸穿過部分該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的該第一上方發(fā)光二極管層，所 述多個嵌入元件由上方觀看是被該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)所圍繞，所述多個嵌入元件的折射系數(shù) 不同于該第一上方發(fā)光二極管層。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，還包括一第二上方發(fā)光二極管層，設(shè)置在該 第一上方發(fā)光二極管層上。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件延伸穿過該有源層與 下方發(fā)光二極管層。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中至少部分的該第一上方發(fā)光二極管層是 位于所述多個嵌入元件與該有源層之間。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件包括一導(dǎo)電材料。
6.一種發(fā)光二極管裝置，包括 一基板；以及一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，位于該基板上，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有至少位于一第一導(dǎo)電層中 的多個嵌入元件，所述多個嵌入元件的折射系數(shù)不同于嵌入所述多個嵌入元件的該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一薄膜。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件延伸穿過該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的一有源層。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件只延伸穿過部分的該第一導(dǎo)電層。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管裝置，其中該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括一第二導(dǎo)電層， 延伸在所述多個嵌入元件上。
10.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件與該發(fā)光二極管結(jié) 構(gòu)的一有源層分開。
11.如權(quán)利要求6項所述的發(fā)光二極管裝置，其中所述多個嵌入元件包括一導(dǎo)電材料。
12.—種形成發(fā)光二極管裝置的方法，該方法包括 提供一基板；在該基板上形成一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)包括一下方發(fā)光二極管層、一 有源層與一第一上方發(fā)光二極管層；以及形成多個嵌入元件，其由上方觀看是被該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)圍繞，所述多個嵌入元件的 折射系數(shù)不同于該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，還包括在該第一上方發(fā)光二極 管層與所述多個嵌入元件上形成一第二上方發(fā)光二極管層。
14.如權(quán)利要求12所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中形成該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的 步驟是在形成所述多個嵌入元件的步驟之前進行。
15.如權(quán)利要求14所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中形成所述多個嵌入元件的步驟包括在該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)上形成一圖案化掩模，蝕刻該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)以形成多個開 口，以及以一材料填充所述多個開口。
16.如權(quán)利要求15所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中該蝕刻步驟蝕刻穿過該第 一上方發(fā)光二極管層、該有源層與至少部分的該下方發(fā)光二極管層。
17.如權(quán)利要求15所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中該蝕刻步驟只蝕刻穿過部 分的該第一上方發(fā)光二極管層。
18.如權(quán)利要求17所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中所述多個嵌入層包括一導(dǎo) 電材料。
19.如權(quán)利要求15所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中該蝕刻步驟蝕刻穿過該第 一上方發(fā)光二極管層到該有源層。
20.如權(quán)利要求12所述的形成發(fā)光二極管裝置的方法，其中該形成所述多個嵌入元件 包括，在該形成該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)之前，形成一介電層，并圖案化該介電層以露出部分該基 板，其中該形成該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)是在所述多個嵌入元件之間露出的基板上進行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管裝置及其形成方法，該裝置包括一基板；一發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，形成在該基板上，該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)具有一下方發(fā)光二極管層、一有源層與一第一上方發(fā)光二極管層；以及多個嵌入元件，至少延伸穿過部分該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的該第一上方發(fā)光二極管層，所述多個嵌入元件由上方觀看是被該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)所圍繞，所述多個嵌入元件的折射系數(shù)不同于該第一上方發(fā)光二極管層。本發(fā)明可有效提升發(fā)光二極管的光效率。
文檔編號H01L27/15GK101997019SQ20091020923
公開日2011年3月30日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者余振華, 邱文智, 陳鼎元 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司