專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種發(fā)光二極管及其制造方法，旨在提供一種 可增加發(fā)光效率的發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于發(fā)光二極管與傳統(tǒng)燈泡比較具有絕對的優(yōu)勢，例如體積d、、 壽命長、低電壓/電流驅(qū)動、不易破裂、發(fā)光時無顯著的問題、不含 水銀(沒有污染問題)、發(fā)光效率佳(省電)等特性，且近幾年來發(fā)光二極 管的發(fā)光效率不斷提升，因此發(fā)光二極管在某些領(lǐng)域已漸漸取代曰光 燈與白熱燈泡，例如需要高速反應(yīng)的掃描儀燈源、液晶顯示器的背光 源或前光源汽車的儀表板照明、交通號志燈以及一般的照明裝置等。而且，由于含氮的ni-v族化合物為一寬頻帶能隙的材料，其發(fā)光 波長可以從紫外光一直涵蓋至紅光，可說是幾乎涵蓋整個可見光的波段。因此，利用含氮化鎵的化合物半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵 (GaAlN)、氮化銦鎵(GalnN)等的發(fā)光二極管組件以廣泛地應(yīng)用在各種 發(fā)光模塊中。而習(xí)知的發(fā)光二極管其上層表面是平面狀，且與其相對的基材底 .面是相互的平行面。如此，當(dāng)位于中央夾層的發(fā)光層發(fā)光層時，部分 光線出射于組件的外部，另外有大部分光線會產(chǎn)生全反射，致使光線 的出射效果不佳。這是因為半導(dǎo)體材料相對于外部空氣而言，為高折 射材料，因此，當(dāng)光線出射的角度大于一個臨界角時，便會發(fā)生全反 射。發(fā)生全反射的光線，由于發(fā)光二極管中相對的兩邊呈平行的平面， 致使全反射的光線永遠(yuǎn)無法出射至外部，不但光線的出射效率差，同 時，全反射光在發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生熱能，使得發(fā)光二極管整體溫度 升高，而不利于產(chǎn)品的可靠度要求。如圖1所示為習(xí)有發(fā)光二極管1的結(jié)構(gòu)示意圖，該基材11上依序制作有緩沖層12、第一型磊晶層13、發(fā)光層14以及第二型蟲晶層15， 而第二型磊晶層15表面設(shè)有電極16，而該基材11底面則充當(dāng)?shù)酌骐?極17，其基材11與第二型磊晶層15的表面均為平面狀且近似相互平 行；其發(fā)光層14全面性發(fā)光，為這種全面性發(fā)光的面光源可以視為是 無限多的點(diǎn)光源P所構(gòu)成的，圖2及圖3所示以單一點(diǎn)光源P做為范 例說明，其顯示點(diǎn)光源P射出光線Pl、 P2至組件外部，在出射光線 Pl、 P2以外的光線，例如出射光線P3、 P4,則因為全反射的關(guān)系，不 會出射到組件外部。因此，就點(diǎn)光源P在組件上層表面的光線有效出 射范圍即是如圖中141所示的范圍，此一光線出射范圍141僅是上層 表面的局部區(qū)域，因此，以整個產(chǎn)品而言其發(fā)光效率不佳。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明即在提供一種可將全反射而無法出射的光線再 反射，經(jīng)由不規(guī)則變化的光線進(jìn)行方向，使得光線在一次或是少數(shù)幾 次全反射之后，便可以出射至發(fā)光二極管外部，而得到較高的光線出 射效率的發(fā)光二極管。為達(dá)上述目的，本發(fā)明中發(fā)光二極管的基材上依序設(shè)有緩沖層、 第一型磊晶層、發(fā)光層以及第二型磊晶層，其第二型磊晶層表面利用 粗糙化處理而形成有粗化表面，該粗糙化處理利用粒徑大小相同的球 體鋪排于第二型磊晶層的表面后，進(jìn)行干式蝕刻再將球體移除，其第 二型磊晶層則形成有復(fù)數(shù)周期性排列的凹槽，藉由該凹槽可將全反射 而無法出射的光線再反射，進(jìn)而增加發(fā)光效率。


圖1為習(xí)知發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為習(xí)知發(fā)光層與光線出射效果的示意圖；圖3為習(xí)知光線出射效果的立體示意圖；圖4為本發(fā)明中發(fā)光二極管的制造方法步驟示意圖；圖5為本發(fā)明中發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明中粗糙化處理的步驟示意圖； 圖7A C為本發(fā)明中粗糙化處理的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明中發(fā)光層與光線出射效果的示意圖； 圖9為本發(fā)明中光線出射效果的立體示意圖； 圖10為本發(fā)明中球體鋪排于第二型磊晶層表面的照片之一 ； 圖11為本發(fā)明中球體鋪排于第二型磊晶層表面的照片之二； 圖12為本發(fā)明中經(jīng)過蝕刻后形成凹槽的照片之一； 圖13為本發(fā)明中經(jīng)過蝕刻后形成凹槽的照片之二。圖號說明一發(fā)光二極管 -緩沖層 -發(fā)光層 -第二型磊晶層 -電極 -基材-第一型蟲晶層l一 12-14-15-17-21-23-24-25-252—1 31-球體11——基材13——第一型磊晶層141 16-2—光線出射范圍 -電極一發(fā)光二極管-發(fā)光層 -第二型磊晶層22——緩沖層 231—電極 241—出射范圍 251—電極 26-凈且化表面具體實施方式
為能使貴審查員清楚本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容，以及實施方式，茲 配合圖式說明如下本發(fā)明「發(fā)光二極管及其制造方法」，如圖4所示，該發(fā)光二極 管2的制造方法至少包含有提供一基板，于該基板上形成緩沖層， 并依序于緩沖層上方形成有第一型磊晶層、發(fā)光層以及第二型磊晶層， 而該第二型蟲晶層上經(jīng)粗糙化處理形成粗化表面。而制成的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖5所示，至少包含有一基材21,其基材21上設(shè)置有緩沖層22。一緩沖層22,設(shè)置于該基材21上。一第一型磊晶層23,設(shè)置于緩沖層22上方。一發(fā)光層24，設(shè)置于第一型磊晶層23上方。一第二型磊晶層25,設(shè)置于發(fā)光層24上方，該第一型磊晶層23、 該發(fā)光層24與該第二型磊晶層25的材質(zhì)包括一 III-V族化合物半導(dǎo)體 材料，例如氮化鎵、磷化鎵或磷砷化鎵，而第一型磊晶層23與第二型 磊晶層25為相反形式，如第一型磊晶層23為一 n型磊晶層，而該第 二型磊晶層25為一 p型磊晶層，或者第一型磊晶層23為一 p型磊晶 層，而該第二型磊晶層25為一 n型磊晶層，其中該第二型磊晶層25 表面具有粗化表面26。二電極231、 251，分別設(shè)置于第一型蟲晶層23與第二型磊晶層 25的表面。其中，該粗糙化處理，如圖6所示，包含有下列步驟 提供粒徑大小相同的球體，其球體的粒徑大小可針對不同第二型磊晶層的材質(zhì)而調(diào)整其大小。將球體31鋪排于第二型磊晶層25的表面，如圖7A所示，各球體31以周期性排列設(shè)置于第二型磊晶層25表面，其兩兩球體31間具有相同之間距。于第二型磊晶層25表面進(jìn)行干式蝕刻(可以為電漿蝕刻)，如圖7B 所示，以于各球體31間蝕刻形成凹槽252,其凹槽252的深度可小于 5pm;當(dāng)然，可針對不同第二型磊晶層的材質(zhì)而調(diào)整凹槽的深度，而如 圖所示各凹槽252為弧狀，且兩兩凹槽252的波峰間隔可以介于lpm 至2拜之間。移除第二型蟲晶層25表面的球體31，如圖7C所示，可利用清洗 方式將第二型磊晶層25表面的球體31移除。最后則完成粗化表面26，如圖7C所示，該粗化表面26具有周期 性排列且凹入第二型磊晶層25表面的凹槽252。再者，如圖IO所示，為復(fù)數(shù)球體鋪排于第二型磊晶層表面的照片，而圖11則為部傷"改大的照片，各J求體大小約為1.5-2 um，以周期性排 列設(shè)置于第二型磊晶層表面，并進(jìn)行蝕刻約2分鐘以內(nèi)，即可形成復(fù) 數(shù)深度約為l-3um的凹槽，如圖12及圖13所示。具體實施時，如圖8所示，同樣以單一點(diǎn)光源P做為范例說明， 其顯示點(diǎn)光源P射出光線P1、 P2至組件外部，在出射光線P1、 P2以 外的光線，例如原來發(fā)生全反射的出射光線P3、 P4，在這個圖標(biāo)中都 可以直接出射，圖中也顯示，若是發(fā)生全反射的出射光線P5，則在全 反射第四次以后，便可以出射至發(fā)光二極管外部，因此顯然可提高光 線出射的效果；而本發(fā)明的發(fā)光二極管可以將全反射經(jīng)過數(shù)次全反射 之后出射至發(fā)光二極管的外部，所以就發(fā)光二極管上層表面而言，請 同時參閱圖9所示，點(diǎn)光源P的出射光有效的出射范圍241將擴(kuò)大至 整個發(fā)光二極管的上層表面，對整體而言，可顯著提高發(fā)光二極管的 發(fā)光效率。如上所述，本發(fā)明提供一種較佳可行的發(fā)光二極管及其制造方法， 爰依法提呈發(fā)明專利的申請；然而，以上的實施說明及圖式所示，本 發(fā)明較佳實施例的，并非以此局限本發(fā)明，是以，舉凡與本發(fā)明的構(gòu) 造、裝置、特征等近似、雷同的，均應(yīng)屬本發(fā)明的創(chuàng)設(shè)目的及申請專 利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光二極管，至少包含有一基材；一緩沖層，設(shè)置于該基材上；一第一型磊晶層，設(shè)置于緩沖層上方；一發(fā)光層，設(shè)置于第一型磊晶層上方；一第二型磊晶層，設(shè)置于發(fā)光層上方，其第二型磊晶層表面具有粗化表面。
2、 如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管，其中，該粗化表面 具有周期性排列且凹入第二型磊晶層表面的凹槽。
3、 如權(quán)利要求2所述發(fā)光二極管，其中，該凹槽的深 度小于5jim。
4、 如權(quán)利要求2所述發(fā)光二極管，其中，該凹槽為弧狀。
5、 如權(quán)利要求4所述發(fā)光二極管，其中，該兩兩凹槽 的波峰間隔介于1 pm至2(im之間。
6、 如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管，其中，該粗化表面 利用粗糙化處理制成。
7、 如權(quán)利要求6所述發(fā)光二極管，其中該粗糙化處理 包含有下列步驟提供粒徑大小相同的球體； 將球體鋪排于第二型磊晶層的表面； 進(jìn)行干式蝕刻；移除第二型磊晶層表面的球體； 完成沖且化表面。
8、 一種發(fā)光二極管制造方法，至少包含有下列步驟 提供一基板；形成緩沖層于該基板上； 形成第一型磊晶層于該緩沖層上；形成發(fā)光層于該第 一型磊晶層上；形成第二型磊晶層于該發(fā)光層上；于該第二型蟲晶層上經(jīng)粗糙化處理形成粗化表面；其中，該粗糙化處理包含有提供粒徑大小相同的球體；將球體鋪排于第二型磊晶層的表面；進(jìn)行干式蝕刻；移除第二型磊晶層表面的球體； 完成^Mt表面。
9、 如權(quán)利要求8所述發(fā)光二極管制造方法，其中，該球體利用 清洗方式自第二型磊晶層表面移除。
10、 如權(quán)利要求8所述發(fā)光二極管制造方法，其中，該球體的粒 徑大小可針對不同第二型磊晶層的材質(zhì)而調(diào)整其大小。
全文摘要
本發(fā)明發(fā)光二極管的基材上依序設(shè)有緩沖層、第一型磊晶層、發(fā)光層以及第二型磊晶層，其第二型磊晶層表面利用粗糙化處理而形成有粗化表面，該粗糙化處理利用粒徑大小相同的球體鋪排于第二型磊晶層的表面后，進(jìn)行干式蝕刻再將球體移除，其第二型磊晶層則形成有復(fù)數(shù)周期性排列的凹槽，藉由該凹槽可將全反射而無法出射的光線再反射，經(jīng)由不規(guī)則變化的光線進(jìn)行方向，使得光線在一次或是少數(shù)幾次全反射之后，便可以出射至發(fā)光二極管外部，而得到較高的光線出射效率。
文檔編號H01L33/00GK101325229SQ20071010847
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者劉勱之, 鄭為太 申請人:曜富科技股份有限公司