CN101369618A

CN101369618A - 半导体发光元件及其制作方法

Info

Publication number: CN101369618A
Application number: CNA2007101420077A
Authority: CN
Inventors: 邱清华; 黄泓文; 郭浩中; 卢廷昌; 王兴宗; 赖志铭
Original assignee: National Chiao Tung University NCTU; Lite On Technology Corp
Current assignee: National Chiao Tung University NCTU; Lite On Technology Corp
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-08-13
Also published as: CN101369618B

Abstract

本发明有关一种半导体发光元件及其制作方法。半导体发光元件，包含基板、形成基板上的p型半导体层、形成p型半导体层上的发光层，及形成发光层上的n型半导体层，n型半导体层表面形成多数垂直基板方向且深度不小于0.2微米奈米柱体。藉加深奈米柱体深度可改变半导体发光元件发光场型，提升正向出光强度及发光效率。半导体发光元件制作方法包含：在第一基板上磊晶形成n型半导体层、发光层及p型半导体层；提供导电性基板，反转第一基板上磊晶结构层于导电基板上，使n型半导体层表面裸露；将多数球状颗粒散布n型半导体层表面做蚀刻遮罩；及以垂直导电基板方向蚀刻n型半导体层，形成多数深度不小于0.2微米奈米柱体。该制作方法可形成较大深度的奈米柱体，提高正向出光强度。

Description

半导体发光元件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件及其制作方法，特别是涉及一种可改变半导体发光元件发光场型，而能提升半导体发光元件正向出光强度及发光效率，还可降低出光界面折射率差增加出光效率，且能提升元件可靠度的半导体发光元件及其制作方法。

背景技术

半导体发光元件的发光效率需同时考量内部量子效率及光取出效率(extraction efficiency)。随着半导体磊晶技术不断的进步，使得半导体发光元件的内部量子效率可达接近80％的水准。然而，由于半导体发光元件的材料或结构影响，使得其发光层发出的光产生全反射，而使光取出效率大为受限，同时也降低了半导体发光元件的整体发光效率。

目前常用的改善光取出效率的技术为表面粗化。一般表面粗化的方式是利用活性离子蚀刻(RIE，Reactive Ion Etching)或电感耦合等离子体(电浆)(Inductively Coupled Plasma，等离子体即电浆，本文中电浆均称为等离子体)蚀刻将发光元件的表面破坏而粗糙化，以降低全反射效应，但是其提升光取出效率的效果有限。或者，利用磊晶过程中调变各项参数以形成具有凹洞的表面，而使表面粗糙化。但是此方式同时也容易使主要发光层内的量子井形成缺陷，而降低了元件的寿命。

近来已有研究提出，利用奈米柱体结构可以增加表面面积(sidewall-surface)应可大幅提升光取出效率。目前形成奈米柱体的方式大致有两种，其一为以蚀刻方式在p型半导体层上形成奈米柱体，例如，美国专利US 6,825，056提出一种发光元件的制造方法，其是利用可形成微相分离结构(microphase separated structure)的树脂组成物在该发光元件表面成膜，并选择性移除微相分离结构中的至少一个相(phase)以形成奈米级的图案(nanometer pattern)，再以未移除的相作为蚀刻遮罩(etchingmask)对该发光元件表面进行蚀刻，而形成奈米柱体。由于一般p型半导体层的厚度较薄，例如蓝光发光二极管的p型半导体层厚度只约0.2微米，若以蚀刻方式在p型半导体层形成奈米柱体，当该p型半导体层的厚度太薄时，即不适合形成奈米柱体，此外奈米柱体的深度受限于p型半导体层的厚度，无法形成较大深度的奈米柱体，而未能充分利用奈米柱体的优势，使得提升发光效率的效果不明显。

另一形成奈米柱体结构的方式是利用磊晶的方式直接生成，例如，美国专利US 7,132,677揭露了一种发光二极管，该发光二极管包含一由复数具有量子井结构的氮化镓奈米柱体(GaN nanorod)组成的奈米柱体阵列(nanorod array)，借由具有量子井结构的奈米柱体可以提高发光二极管的发光亮度及发光效率。然而，以磊晶方式形成奈米柱体仍需要高昂的制造成本，其实用性仍然有限。

由此可见，上述现有的半导体发光元件及其制作方法在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的半导体发光元件及其制作方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的半导体发光元件及其制作方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的半导体发光元件及其制作方法，能够改进一般现有的半导体发光元件及其制作方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的半导体发光元件存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有较大深度的奈米柱体，可以提高正向出光强度的半导体发光元件，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种可以降低出光界面的折射率差以增加出光效率，并且能够提升元件可靠度的半导体发光元件，从而更加适于实用。

本发明的又一目的在于，克服现有的半导体发光元件的制作方法存在的缺陷，而提供一种新的可以形成较大深度的奈米柱体，而能够提高正向出光强度的半导体发光元件的制作方法，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种半导体发光元件，包含：一基板、一形成于该基板上的p型半导体层、一形成于该p型半导体层上的发光层，及一形成于该发光层上的n型半导体层；其特征在于：在该n型半导体层的表面形成设有多数个垂直于该基板方向且深度不小于0.2微米的奈米柱体。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体发光元件，其中所述的各该奈米柱体的截面直径不大于0.8微米。

前述的半导体发光元件，其中该半导体发光元件还包含一形成于该n型半导体层上的封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

前述的半导体发光元件，其中所述的封装保护层是由绝缘材料制成，该绝缘材料是选自于二氧化硅或氮硅化合物。

前述的半导体发光元件，其中所述的基板具有导电性。

前述的半导体发光元件，其中所述的基板是由选自于碳化硅、硅、砷化镓、磷化镓、氧化镁、氧化锌、氮化镓、氮化铝、氮化铟、铜、钼、钨、铝、金、锌或锡等导电性材料所制成。

前述的半导体发光元件，其中所述的半导体发光元件还包含一形成于该基板上的p型电极，及一形成于该n型半导体层上的n型电极。

前述的半导体发光元件，其中该半导体发光元件还包含一形成于该基板与该p型半导体层之间的反射层，及一形成于该反射层与该p型半导体层之间的电流扩散层，且该电流扩散层具有可透光性。

前述的半导体发光元件，其中所述的反射层是由金属材质所制成。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体发光元件的制作方法，包含以下步骤：(A)、在一第一基板上磊晶形成一n型半导体层、一发光层及一p型半导体层；(B)、提供一导电性基板，利用金属接合及激光剥离技术反转该第一基板上的磊晶结构层于该导电基板上，并使该n型半导体层表面完全裸露；(C)、将多数个球状颗粒散布于该n型半导体层的表面做为蚀刻遮罩；以及(D)、以垂直于该导电性基板的方向蚀刻该n型半导体层，形成多数个深度不小于0.2微米的奈米柱体。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述步骤(D)之后还包含一步骤(E)，是在该n型半导体层上形成设有一封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述的各该球状颗粒的截面直径不大于0.8微米。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述的各该奈米柱体的截面直径不大于0.8微米。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述步骤(A)之后还包含一步骤(A’)在该p型半导体层上形成一电流扩散层，及在该电流扩散层上形成一反射层。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述的球状颗粒是由氧化物所制成。

前述的半导体发光元件的制作方法，其中所述的氧化物是选自于氧化钛、二氧化硅或氧化铝。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

本发明人等经由研究与实验发现，利用金属接合与激光剥离基板的技术，反转半导体层结构，由于n型半导体层具有较大厚度，以蚀刻方式在n型半导体层的表面形成深度大于0.2微米的奈米柱体再镀上金属电极后，不会造成电极短路，而能解决目前在p型半导体层形成较大深度的奈米柱体再镀上电极后，即会造成电极短路，无法形成实际可发光的元件的问题。另外，发明人等并发现，借由调控奈米柱体的深度，可以控制发光元件的远场发光场型，而能提升正向出光强度。进一步地，在奈米柱体周围及/或其上层形成一封装保护层，借由该封装保护层的折射系数介于n型半导体层与空气之间，可降低发光层发射的光线通过n型半导体层后直接进入空气的界面的折率差，而能增加出光效率，并且利用该封装保护层可抗湿气，提升元件的可靠度(reliability)。

为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体发光元件，包含：一基板、一形成于该基板上的p型半导体层、一形成于该p型半导体层上的发光层，及一形成于该发光层上的n型半导体层，其特征在于：在该n型半导体层表面形成设有多数个垂直于该基板方向且深度不小于0.2微米的奈米柱体。

所述奈米柱体的最大深度可依据该n型半导体层的膜层厚度与所述奈米柱体的截面直径大小调整。另外，若所述奈米柱体的截面直径太细，则所述奈米柱体容易断裂，因此所述奈米柱体的深度与截面直径需要相配合调整，但是以深度不小于0.2微米，截面直径不大于0.8微米为较佳。

较佳地，本发明半导体发光元件还包含一形成于该n型半导体层上的封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种半导体发光元件的制作方法，包含以下步骤：(A)于一第一基板上磊晶形成一n型半导体层、一发光层及一p型半导体层；(B)提供一导电性基板，利用金属接合(Metalbonding)及激光剥离(Laser Lift-off)技术反转该第一基板上的磊晶结构层于该导电基板上，并使该n型半导体层表面完全裸露；(C)将多数个球状颗粒散布于该n型半导体层的表面做为蚀刻遮罩；及(D)以垂直于该导电性基板的方向蚀刻该n型半导体层，形成多数个深度不小于0.2微米的奈米柱体。

较佳地，该步骤(D)之后还包含一步骤(E)，是在该n型半导体层上形成设有一封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

借由上述技术方案，本发明半导体发光元件及其制作方法至少具有下列优点及有益效果：本发明利用蚀刻方式在n型半导体层形成奈米柱体，具有制程简便的优点，而且能够形成深度不小于0.2微米的奈米柱体，可以调整半导体发光元件的远场发光场型，而可提高正向出光强度，进一步利用封装保护层，更能大幅提升发光效率及元件的可靠度。

综上所述，本发明是有关于一种半导体发光元件及其制作方法。该半导体发光元件，包含一基板、一形成于该基板上的p型半导体层、一形成于该p型半导体层上的发光层，及一形成于该发光层上的n型半导体层，其特征在于在该n型半导体层的表面形成设有多数个垂直于该基板方向且深度不小于0.2微米的奈米柱体。借由加深所述奈米柱体的深度，可以改变该半导体发光元件的发光场型，而能够提升该半导体发光元件的正向出光强度及发光效率。本发明的半导体发光元件，具有较大深度的奈米柱体，可以提高正向出光强度；另外还可以降低出光界面的折射率差以增加出光效率，并且能够提升元件的可靠度。本发明的半导体发光元件的制作方法，可以形成较大深度的奈米柱体，而能够提高正向出光强度。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构、制作方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的半导体发光元件及其制作方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1～图7是说明本发明半导体发光元件及其制作方法的实施例1的结构及其制作流程的示意图。

图8是一SEM影像照片图，说明该实施例1的奈米柱体的结构。

图9是一电流对输出功率的关系图，显示本发明的实施例1、实施例2与比较例的发光效率测试结果。

图10是一远场发光场型测试图，显示本发明的实施例1、实施例2与比较例的远场发光场型测试结果。

图11是说明本发明半导体发光元件的模拟例1结构的示意图。

图12是说明本发明半导体发光元件的模拟例2结构的示意图。

图13是说明本发明半导体发光元件的模拟例3结构的示意图。

图14是说明本发明半导体发光元件的模拟例4结构的示意图。

图15是说明本发明半导体发光元件的模拟比较例结构的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的半导体发光元件及其制作方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。

<实施例1>

形成半导体层状结构

请参阅图1所示，是说明本发明半导体发光元件及其制作方法的实施例1的结构及其制作流程的示意图。利用有机金属气相磊晶系统(MOVPE，Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)在一直径为两英寸、厚度为500μm的氧化铝基板11(sapphire substrate)上依序形成n-type GaN的n型半导体层12、发光层13(十对InGaN/GaN的多层量子井结构)及p-type GaN的p型半导体层14。再以电子束蒸镀系统沉积厚度约200nm的氧化铟锡(ITO)透明电极材料于p型半导体层14上以作为电流扩散层15，再在电流扩散层上15沉积厚度约500nm的铝金属层作为反射层16，用以提高光的粹取量。

反转半导体层状结构

请参阅图1～图4所示，是说明本发明半导体发光元件及其制作方法的实施例1的结构及其制作流程的示意图。在反射层16上以蒸镀方式形成厚度约2μm的金锡合金层17。另外，如图2所示，取一直径为两英寸、厚度为500μm的硅基板21，并在其表面镀上厚度约2μm的金锡合金层22。如图3所示，将二金锡合金层17、22对接并以350℃进行共晶接合(eutecticbonding)。在接合完成后，利用波长248奈米的准分子激光(激光脉冲25×10^-9秒，激光光点大小为1.2mm×1.2mm)照射氧化铝基板11，使氧化铝基板11与n型半导体层12的交界处因高能量的激光照射而分离。如图4所示，接着以盐酸溶液去除氧化铝基板11脱离后的剩余物，再利用电感耦合等离子体(电浆)式反应性离子蚀刻技术(ICPRIE，Inductively CoupledPlasma Reactive Ion Etching)蚀刻n型半导体层12表面，使n型半导体层12完全曝露出来。

形成奈米柱体

请参阅图5～图6所示，是说明本发明半导体发光元件及其制作方法的实施例1的结构及其制作流程的示意图。将直径约数十至数百奈米(不大于800nm)不等的氧化钛球状颗粒分散于酒精溶剂中形成混合溶液，并以旋镀机在转速每秒6000转下涂布于n型半导体层12表面，如图5所示，待溶剂挥发后，多数个球状颗粒3散布于n型半导体12表面作为蚀刻遮罩，其中球状颗粒3分布密度约3×10⁹个/平方公分。如图6所示，利用电感耦合等离子体(电浆)式反应性离子蚀刻技术蚀刻n型半导体层12，蚀刻时间约两分钟，使蚀刻深度约200nm，而形成在垂直基板21方向上的长度约200nm的奈米柱体4，且该奈米柱体4的截面直径不大于800nm。蚀刻完成后，再以氢氟酸将球状颗粒移除。

形成电极

请再参阅图5及图6所示，旋镀球状颗粒3之前先沉积厚度约

的二氧化硅层5，以作为n型电极预留区60。请参阅图7所示，是说明本发明半导体发光元件及其制作方法的实施例1的结构及其制作流程的示意图，完成奈米柱体4蚀刻后，以氢氟酸将二氧化硅层5移除后，再在n型半导体层12表面的n型电极预留区60镀上钛、铝、铂、金合金(Ti-Al-Pt-Au)形成n型电极61，并在硅基板21表面镀上钛、金合金(Ti-Au)形成p型电极62。请参阅图8所示，是一SEM影像照片图，说明该实施例1的奈米柱体的结构，其为以扫描式电子显微镜(SEM)所拍摄的奈米柱体的显微影像照片，放大倍率为两万倍。

在本实施例中，虽然以MOVPE系统形成磊晶层状结构，但是也可以分子束磊晶(MBE，Molecular Beam Epitaxy)或氢化物气相磊晶法(HVPE，Hydride Vapor Phase Epitaxy)等磊晶技术制作，且半导体材料可依据使用需求选用，其他常用的III-V族半导体化合物亦可，例如AlN、InN等，使半导体发光元件的发光波长可介于300～1500nm之间，并不以本实施例为限。本实施例所形成的发光元件的发光波长约为450nm。此外，硅基板也可以用其他导电性基板取代，例如SiC、GaAs、GaP、MgO、ZnO、GaN、AlN、InN、Cu、Mo、W、Al、Au、Zn、Sn等，而球状颗粒的材质可选用其他能抗蚀刻且能形成奈米颗粒的材料，例如SiO₂、Al₂O₃等。此外，在本实施例中，形成n型电极的位置是在形成奈米柱体4前已预留，但是也可以在形成奈米柱体4后，再移除部分奈米柱体4所形成。

<实施例2>

实施例2的实施步骤与实施例1大致相同，但是在形成奈米柱体的蚀刻制程中延长蚀刻时间为五分钟，使蚀刻深度约为1000nm，以形成在垂直基板方向的长度约为1000nm的奈米柱体。

<比较例>

比较例为没有奈米柱体的半导体发光元件，亦即，在实施例1的实施步骤中省略形成奈米柱体的制程所制得。

发光效率测试

以探针点测系统与LIV(光、电流、电压)光电特性量测仪器(KeithleyInstruments Inc.，型号238)测量实施例1、2及比较例制得的半导体发光元件的发光效率，其结果如图9所示，图9是一电流对输出功率的关系图，显示本发明的实施例1、实施例2与比较例的发光效率测试结果。由图9中可明显看出，实施例1、2的发光效率均优于比较例，且实施例2的发光效率更佳，例如在输入电流20mA时，实施例2的输出功率为22.3mW，而实施例1的输出功率为17.5mW。显示奈米柱体有助于提升半导体发光元件的发光效率，且奈米柱体的长度越长效果越佳。

发光场型测试

以发光二极管发散角量测系统测量实施例1、2及比较例制得的半导体发光元件的发光场型，其结果如图10所示，图10是一远场发光场型测试图，显示本发明实施例1、实施例2与比较例的远场发光场型测试结果。由图10可知，相较于比较例，实施例1、2的远场的发光场型在正向出光较强，且以实施例2更佳，显示增加奈米柱体的长度除了可以提高发光效率之外，也能够提升正向出光强度。

封装保护层

请参阅图11～图13所示，图11是说明本发明半导体发光元件的模拟例1结构的示意图，图12是模拟例2结构的示意图，图13是模拟例3结构的示意图。在n型半导体层71上形成奈米柱体711后，可利用等离子体(即电浆)辅助化学气相沉积法(PECVD)或旋转涂布玻璃法(SOG)在n型半导体层71上形成封装保护层81、82、83。如图11所示，封装保护层81可填充于奈米柱体711之间并向上延伸而覆盖于奈米柱体711上。或者，如图12所示，封装保护层82只填充于奈米柱体711之间，并与奈米柱体711等高。如图13所示，封装保护层83也可以只覆盖于奈米柱体711上，即位于奈米柱体711上层。要使封装保护层83未填充于奈米柱体711之间，可利用旋转涂布玻璃法并以较浓稠的旋涂溶液涂布，以降低旋涂溶液的流动性，而且奈米柱体711之间的空隙狭小，旋涂溶液即难以流入奈米柱体711之间的空隙中。

形成封装保护层81、82、83的材料可选用绝缘、具有可透光性且折射系数(n)介于空气(n＝1)与n型半导体层71(一般n约为2.4～2.5)之间的材质，例如二氧化硅(SiO₂)、氮硅化合物(Si_xN_y)等。形成奈米柱体711的方法可参照实施例1的实施步骤，在此不再详述，且图式只是简单示意半导体发光元件的主要结构层，还包含p型半导体层72及发光层73。

模拟分析半导体发光元件的出光效率

以商用模拟软件

(Breault Research Organization Inc.)模拟分析具有奈米柱体结构及封装保护层的半导体发光元件的出光效率，以及只具有奈米柱体结构，并未形成封装保护层的半导体发光元件的出光效率。另外，以未形成奈米柱体结构及封装保护层的一般半导体发光元件结构为模拟比较例，以对比形成奈米柱体结构及封装保护层对于半导体发光元件的出光效率的影响。

模拟例1

模拟如图11所示的半导体发光元件结构，设定半导体材质为氮化镓(GaN)，封装保护层材质为二氧化硅(n＝1.5)，p型半导体层72的厚度为200nm，发光层73厚度为200nm，n型半导体层71厚度为2μm(含奈米柱体711高度为200nm)，封装保护层81在奈米柱体711之上的部分的厚度为2μm，亦即，不含填充于奈米柱体711之间的封装保护层81的厚度为2μm，填充于奈米柱体711之间的封装保护层81的厚度为200nm。

模拟例2

模拟例2是模拟如图12所示的半导体发光元件结构，其设定参数与模拟例1大致相同，惟其封装保护层82只填充于奈米柱体711之间，而与奈米柱体711等高。

模拟例3

模拟例3是模拟如图13所示的半导体发光元件结构，其设定参数与模拟例1大致相同，惟其封装保护层83只形成于奈米柱体711上，并未填充于奈米柱体711之间，封装保护层83的厚度为2μm。

模拟例4

请参阅图14所示，是说明本发明半导体发光元件的模拟例4结构的示意图。模拟例4是模拟如图14所示的半导体发光元件结构，其设定参数与模拟例1大致相同，但是模拟例4并没有封装保护层结构的设定。

模拟比较例

请参阅图15所示，是说明本发明半导体发光元件的模拟比较例结构的示意图。模拟比较例所模拟的结构如图15所示，为没有奈米柱体的结构，只具有p型半导体层72、发光层73及n型半导体层71，其各层设定参数与模拟例4大致相同，惟n型半导体层71上未设定奈米柱体结构，厚度为2μm。

模拟结果

将模拟上述模拟例1～4及模拟比较例的结构所得的正向出光率(Topintensity)、侧向出光率(Sidewall intensity)及整体出光率(Totalintensity)列示于表1。并计算模拟例1～4相对于模拟比较例，在正向、侧向及整体出光率方面的增进效果，并将其结果同样示于表1。

表1

由表1的模拟结果可知，与模拟比较例相较，模拟例1～4的出光效率均较佳，且整体出光效率的增进效果，具有奈米柱体结构的模拟例4可达约80％，而更增加有封装保护层的模拟例1～3可达175％以上，尤其是模拟例1更高达280％。显示形成奈米柱体可以有效提升半导体发光元件的出光效率，再利用折射系数介于空气与n型半导体层之间的封装保护层，以降低发光元件与空气的界面的折射率差，减少光线由发光元件进入空气时产生全反射现象，更能大幅提升出光效率，且封装保护层也具有保护奈米柱体结构及抗湿气的功用，可以避免湿气影响发光元件性能，而能增加发光元件的可靠度。

归纳上述，本发明的半导体发光元件，利用蚀刻方式在n型半导体层形成奈米柱体，具有制程简便的优点，而且能形成深度不小于0.2微米的奈米柱体，可调整半导体发光元件的远场发光场型，以提高正向出光强度，进一步利用封装保护层，更能大幅提升发光效率及元件的可靠度，所以确实能达成本发明的目的及功效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种半导体发光元件，包含：一基板、一形成于该基板上的p型半导体层、一形成于该p型半导体层上的发光层，及一形成于该发光层上的n型半导体层；其特征在于：

在该n型半导体层的表面形成设有多数个垂直于该基板方向且深度不小于0.2微米的奈米柱体。

2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的各该奈米柱体的截面直径不大于0.8微米。

3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于该半导体发光元件还包含一形成于该n型半导体层上的封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

4.如权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的封装保护层是由绝缘材料所制成，该绝缘材料是选自于二氧化硅或氮硅化合物。

5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的基板具有导电性。

6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的基板是由选自于碳化硅、硅、砷化镓、磷化镓、氧化镁、氧化锌、氮化镓、氮化铝、氮化铟、铜、钼、钨、铝、金、锌或锡等导电性材料所制成。

7.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的半导体发光元件还包含一形成于该基板上的p型电极，及一形成于该n型半导体层上的n型电极。

8.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于该半导体发光元件还包含一形成于该基板与该p型半导体层之间的反射层，及一形成于该反射层与该p型半导体层之间的电流扩散层，且该电流扩散层具有可透光性。

9.如权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于其中所述的反射层是由金属材质所制成。

10.一种半导体发光元件的制作方法，其特征在于其包含以下步骤：

(A)、在一第一基板上磊晶形成一n型半导体层、一发光层及一p型半导体层；

(B)、提供一导电性基板，利用金属接合及激光剥离技术反转该第一基板上的磊晶结构层于该导电基板上，并使该n型半导体层表面完全裸露；

(C)、将多数个球状颗粒散布于该n型半导体层的表面做为蚀刻遮罩；以及

(D)、以垂直于该导电性基板的方向蚀刻该n型半导体层，形成多数个深度不小于0.2微米的奈米柱体。

11.如权利要求10所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的步骤(D)之后还包含一步骤(E)，是在该n型半导体层上形成设有一封装保护层，该封装保护层具有可透光性，且折射系数介于空气与该n型半导体层之间。

12.如权利要求10所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的各该球状颗粒的截面直径不大于0.8微米。

13.如权利要求12所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的各该奈米柱体的截面直径不大于0.8微米。

14.如权利要求10所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的步骤(A)之后还包含一步骤(A’)在该p型半导体层上形成一电流扩散层，及在该电流扩散层上形成一反射层。

15.如权利要求10所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的球状颗粒是由氧化物所制成。

16.如权利要求15所述的半导体发光元件的制作方法，其特征在于其中所述的氧化物是选自于氧化钛、二氧化硅或氧化铝。