CN100481534C - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管及其制造方法。本发明的发光二极管至少包括由下往上堆栈的第一电性半导体层、主动层、以及第二电性半导体层等，其中至少主动层与第二电性半导体层具有不规则形状的侧边及/或至少一个凹槽，以提高光射出到发光二极管外的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)及其制造方法，特别涉及一种具有不规则形状的侧边的发光二极管及其制造方法。
背景技术
近年来，由于氮化铟镓发光二极管在蓝光与绿光领域具有优异性能，使它愈来愈受欢迎。氮化铟镓发光二极管在固态光源方面的应用使得氮化铟镓发光二极管的重要性越来越高，例如可用于小型键盘(Keypad)、手机的背面照光、汽车照明、装饰、与其它领域等。然而，氮化铟镓发光二极管的整体输出发光效率仍然不足以使它用于一般的照明上。对于高亮度发光二极管而言，它的输出发光效率可分成两部分：即内部量子效率与外部量子效率。内部量子效率由产生的光子与射出的电子和空穴载流子的比例所决定。由于近来已经商业化的有机金属气相外延(Organometallic VaporPhase Epitaxy；OMVPE)设备的原因，内部量子效率几乎可达到理论值的100％。然而，对氮化铟镓发光二极管装置而言，其外部量子效率通常低于30％。主要原因之一在于，主动量子层会吸收产生的光，而绝大部分产生的光会被芯片的四个侧面、上表面、与下表面所反射。也就是说，当光线的角度比芯片表面的全反射角(与表面平面的轴约成23度角)大时，光线会被芯片表面全反射。
请同时参考图1A所显示的已知发光二极管的俯视图以及图1B所显示的已知发光二极管的侧视图。图1A与图1B中的发光二极管80可通过以下制造过程所形成。首先，提供基板10，其中基板10的材料可为蓝宝石、氮化镓、或氮化铝等。接着，依次在基板10上外延形成第一电性半导体层30、主动层40、第二电性半导体层50、以及接触层55的堆栈结构。然后，利用蚀刻技术蚀刻上述的外延层，以使部分第一电性半导体层30裸露。接着，利用热蒸发(Thermal Evaporation)、电子束蒸镀(E-beam)、或离子溅镀(Sputtering)等方法，分别在裸露的部分第一电性半导体层30与接触层55上淀积第一电性电极60与第二电性电极70。
如图1A的俯视图中所显示的，分别从主动层(未显示)中的d点与e点射出的光线被边界全反射几次后，并未射出到发光二极管80外。至于，如图1B的侧视图中所显示，分别从主动层40中的f点与g点射出的光线最后虽然可射出到发光二极管80外，但由于已被全反射了几次，因此大部分的光线已被发光二极管80中的各层吸收，而仅有少量的光线可真正射出到发光二极管80外。所以，有必要寻求解决的方法。
发明内容
因此本发明的目的就是提供一种发光二极管及其制造方法，可以降低从主动层射出的光被反射的机率，而使得从主动层射出的光能穿越不规则边界并射出到发光二极管外。
根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管。在本发明一个较佳实施例中，所述发光二极管包括：一个第一电性半导体层；一个主动层，位于第一电性半导体层上；以及一个第二电性半导体层，位于主动层上，其中至少主动层与第二电性半导体层的至少一侧边具有不规则形状，以降低自主动层射出的光被反射的机率，而使得自主动层射出的光能穿越此侧边并射出到发光二极管外。此外，上述侧边的不规则形状可为三角形、半圆形、或抛物线形等。再者，至少主动层与第二电性半导体层中还具有至少一个凹槽，从第二电性半导体层的一个上表面贯穿到主动层的一个下表面，以提高从主动层射出的光射出到发光二极管外的效率。
根据本发明的上述目的，提出另一种发光二极管。在本发明另一个较佳实施例中，所述发光二极管包括：一个第一电性半导体层；一个主动层，位于第一电性半导体层上；以及一个第二电性半导体层，位于主动层上，其中至少主动层与第二电性半导体层中具有至少一个凹槽，自第二电性半导体层的一个上表面贯穿到主动层的一个下表面，以提高从主动层射出的光射出到发光二极管外的效率。此外，至少主动层与第二电性半导体层的至少一侧边可以是不规则形状，以降低从主动层射出的光被反射的机率，而使得从主动层射出的光能穿越侧边并射出到发光二极管外。另外，上述侧边的不规则形状可以是三角形、半圆形、或抛物线形等。
根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管的制造方法。在本发明的一个较佳实施例中，所述发光二极管的制造方法至少包括以下步骤。首先，提供一个第一电性半导体层。接着，在第一电性半导体层上形成一个主动层。然后，在主动层上形成一个第二电性半导体层，其中至少主动层与第二电性半导体层的侧边是不规则形状，以降低自主动层射出的光被反射的机率，而使得从主动层射出的光能穿越侧边并射出到发光二极管外。此外，上述侧边的形状可以是三角形、半圆形、或抛物线形等。另外，至少主动层与第二电性半导体层中还具有至少一个凹槽，自第二电性半导体层的一个上表面贯穿到主动层的一个下表面，以提高从主动层射出的光射出到发光二极管外的效率。
根据本发明的上述目的，提出另一种发光二极管的制造方法。在本发明一个较佳实施例中，所述发光二极管制造方法至少包括以下步骤。首先，提供一个第一电性半导体层。接着，在第一电性半导体层上形成一个主动层。然后，在主动层上形成一个第二电性半导体层，其中至少主动层与第二电性半导体层中具有至少一个凹槽，从第二电性半导体层的一个上表面贯穿到主动层的一个下表面，以提高从主动层射出的光射出到发光二极管外的效率。此外，至少主动层与第二电性半导体层的侧边是不规则形状，以降低从主动层射出的光被反射的机率，而使得从主动层射出的光能穿越侧边并射出到发光二极管外。另外，上述侧边的不规则形状可以是三角形、半圆形、或抛物线形等。
因此，应用本发明可以降低从主动层射出的光被反射的机率，而使得自主动层射出的光能穿越边界并射出到发光二极管外。
附图说明
图1A是显示已知发光二极管的俯视图。
图1B是显示已知发光二极管的侧视图。
图2A是显示依照本发明一个较佳实施例的发光二极管的俯视图。
图2B是显示依照本发明一个较佳实施例的发光二极管的侧视图。
图3A是显示依照本发明另一较佳实施例的发光二极管的俯视图。
图3B是显示图3A中沿着a-a’剖面所形成的剖面图。
图4是显示依照本发明另一个较佳实施例的发光二极管的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及一种具有不规则边界的发光二极管及其制造方法。请同时参考图2A所显示的本发明的一个较佳实施例的发光二极管的俯视图以及图2B所显示的本发明的一个较佳实施例的发光二极管的侧视图。图2A与图2B中的发光二极管180可通过以下制造过程所形成。首先，提供基板110，其中基板110的材料例如可以是蓝宝石、氮化镓、或氮化铝等。接着，依次在基板110上外延第一电性半导体层130、主动层140、第二电性半导体层150、以及接触层155的堆栈结构，其中第一电性半导体层130与第二电性半导体层150的材料可以是氮化镓等，而主动层140的材料可以是氮化铟镓等。然后，在显影过程中以具有三角形边界190的图形的掩模来进行后续蚀刻过程中欲去除的部分的定义步骤等。然后，利用反应离子蚀刻等方式由上往下依次去除接触层155、第二电性半导体层150、及主动层140等材料层的三角形边界190外的一部分，以暴露出第一电性半导体层130的部分上表面。同时，如果蚀刻时间够长，则可在所述蚀刻过程中进一步去除第一电性半导体层130的部分厚度，因而形成如图2B中所示的接触层155、第二电性半导体层150、主动层140、与第一电性半导体层130等各层的侧视形状。接着，利用热蒸发、电子束蒸镀、或离子溅镀等方法，分别在裸露的部分第一电性半导体层130与接触层155上淀积第一电性电极160与第二电性电极170。值得一提的是，本发明中所提及的所有第一电性与第二电性互为相异电性。例如，若第一电性为P型，则第二电性为N型；若第一电性为N型，则第二电性为P型。
本发明的特征在于，图2A与图2B中的接触层155、第二电性半导体层150、与主动层140(甚至可包括部分第一电性半导体层130)具有三角形边界190。这种三角形边界190的图形可在所述蚀刻过程前的显影过程中以同一掩模加以界定。其中，三角形边界190的变形尺寸大于发光二极管180的发光波长，且自主动层140射出的光射到三角形边界190的入射角小于三角形边界190的反射临界角。因此，应用本发明的具有三角形边界190的发光二极管180及其制造方法可以降低从主动层140射出的光被三角形边界190反射的机率，而使得从主动层140射出的光能穿越三角形边界190并射出到发光二极管180外。
另外，本发明中的接触层155、第二电性半导体层150、与主动层140(甚至可包括部分第一电性半导体层130)还可具有至少一个垂直射出凹槽。请参考图3A所显示的依照本发明另一个较佳实施例的发光二极管的俯视图以及图3B所显示的图3A中沿着a-a’剖面所形成的剖面示意图。如图3A与图3A中所显示，接触层155、第二电性半导体层150、与主动层140(甚至可包括部分第一电性半导体层130)中具有凹槽202、凹槽204、凹槽206、与凹槽208等，自接触层155的上表面贯穿到主动层140的下表面而达到部分的第一电性半导体层130或贯穿到基板110表面(未显示)中，以提高从主动层140射出的光射出到发光二极管180外的效率。此外，凹槽202、凹槽204、凹槽206、与凹槽208等的内侧面的形状原则上不需要加以限制，且也可以采用如三角形边界190的不规则形状边界来进一步减少光被反射的机会。
另外，本发明中发光二极管的边界的不规则形状并不限定为三角形。如图4中所显示，发光二极管180的接触层155等组件也可具有半圆形边界210或抛物线形等其它形状的边界。只要能减少光被此边界全反射的任何形状的边界都在本发明的保护范围中，例如不规则形状的变形尺寸设计大于光二极管的发光波长。
由上述本发明较佳实施例可知，应用本发明可以降低从主动层射出的光被反射的机率，而使得从主动层射出的光能穿越边界并射出到发光二极管外。
虽然本发明已经通过较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书的界定为准。
附图符号说明
10：基板
30：第一电性半导体层
40：主动层
50：第二电性半导体层
55：接触层
60：第一电性电极
70：第二电性电极
80：发光二极管
110：基板
130：第一电性半导体层
140：主动层
150：第二电性半导体层
155：接触层
160：第一电性电极
170：第二电性电极
180：发光二极管
190：三角形边界
202：凹槽
204：凹槽
206：凹槽
208：凹槽
210：半圆形边界
Claims (16)
1.一种发光二极管，包括：
第一电性半导体层；
主动层，位于所述第一电性半导体层上；以及
第二电性半导体层，位于所述主动层上，其中所述主动层的至少一侧边或所述第二电性半导体层的至少一侧边包含不规则形状，其中，所述不规则形状的变形尺寸大于所述发光二极管的发光波长，以降低从所述主动层射出的光被反射的机率，而使得从所述主动层射出的光能穿越所述至少一侧边并射出到所述发光二极管外。
2.一种发光二极管，包括：
第一电性半导体层；
主动层，位于所述第一电性半导体层上；以及
第二电性半导体层，位于所述主动层上，其中所述主动层与所述第二电性半导体层中具有从所述第二电性半导体层的上表面贯穿到所述主动层的下表面的至少一个凹槽，及所述主动层的至少一侧边或所述第二电性半导体层的至少一侧边包含不规则形状，其中，所述不规则形状的变形尺寸大于所述发光二极管的发光波长，以提高从所述主动层射出的光射出到所述发光二极管外的效率。
3.如权利要求1至2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电性半导体层的材料为氮化镓。
4.如权利要求1至2所述的发光二极管，其特征在于，所述主动层的材料为氮化铟镓。
5.如权利要求1至2所述的发光二极管，其特征在于，所述第二电性半导体层的材料为氮化镓。
6.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述不规则形状选自于由三角形、半圆形、以及抛物线形所组成的族群之一。
7.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，从所述主动层射出的光射到所述至少一侧边的入射角小于所述至少一侧边的反射临界角。
8.如权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述至少一侧边通过反应离子蚀刻来形成。
9.一种发光二极管的制造方法，包括：
提供第一电性半导体层；
形成主动层于所述第一电性半导体层上；以及
形成第二电性半导体层于所述主动层上，其中所述主动层的至少一侧边或所述第二电性半导体层的至少一侧边包含不规则形状，其中，所述不规则形状的变形尺寸大于所述发光二极管的发光波长，以降低从所述主动层射出的光被反射的机率，而使得从所述主动层射出的光能穿越所述至少一侧边并射出到所述发光二极管外。
10.一种发光二极管的制造方法，包括：
提供第一电性半导体层；
形成主动层于所述第一电性半导体层上；以及
形成第二电性半导体层于所述主动层上，其中所述主动层与所述第二电性半导体层中具有从所述第二电性半导体层的上表面贯穿到所述主动层的下表面的至少一个凹槽，及所述主动层的至少一侧边或所述第二电性半导体层的至少一侧边包含不规则形状，其中，所述不规则形状的变形尺寸大于所述发光二极管的发光波长，以提高从所述主动层射出的光射出到所述发光二极管外的效率。
11.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第一电性半导体层的材料为氮化镓。
12.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述主动层的材料为氮化铟镓。
13.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第二电性半导体层的材料为氮化镓。
14.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述不规则形状选自于由三角形、半圆形、以及抛物线形所组成的族群之一。
15.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，从所述主动层射出的光射到所述至少一侧边的入射角小于所述至少一侧边的反射临界角。
16.如权利要求9或10所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述至少一侧边通过反应离子蚀刻来形成。
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