CN102903810A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制造方法，所述发光二极管包括基板、介质反射镜层、第一导电层、发光层以及第二导电层。所述基板具有多个沟槽，而介质反射镜层设置于所述多个沟槽中，且介质反射镜层分别于每一个沟槽中形成一个介质反射镜区块。第一导电层设置于基板上，使得介质反射镜层位于基板与第一导电层之间，发光层设置于第一导电层上，且第二导电层设置于发光层上。当电流通过第一导电层、发光层与第二导电层时，发光层产生光线。由此，发光层所产生的光线可集中地朝向发光二极管的同一侧面射出。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，且特别涉及一种具有介质反射镜层的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)具有低耗电、体积小、使用寿命长与光电特性稳定等优点，于现今产业的应用已相当广泛。举例来说，家用电器、电脑荧幕、手机、照明设备、医疗器材或交通号志，无不以发光二极管取代传统的灯泡、灯管做为主要的光源。
图1是现有技术中的发光二极管的剖面示意图。如图1所示，传统的发光二极管9通常依序将一n型半导体层90、一发光层92以及一p型半导体层94设置在一基板96上，所述n型半导体层90还可连接一电极902，而所述p型半导体层94更可连接另一电极942。当两电极之间具有特定的电压差时，发光层92则会受所述电压差驱动而产生光线。一般来说，使用者通常会选定所述发光二极管9的一面为出光面，并以此出光面对准欲照射的物体，例如p型半导体层94可为发光二极管的出光面，而基板96表示发光二极管的背面。
然而，发光层92实际上不仅会朝向发光二极管9的出光面发光(如图1中从发光层92往p型半导体层94的箭头)，也同时会朝向发光二极管9的背面发光(如图1中从发光层92往基板96的箭头)，使得发光层92产生的光线无法集中利用而形成耗损。此外，若是光线被发光二极管9内部各层吸收而蓄热时，将很可能会降低发光二极管的出光亮度与效率。因此，如何使发光层92所产生的光线能够集中地朝向出光面射出，以提高发光二极管9的发光亮度，实为目前最重要的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管，具有介质反射镜层以反射射向发光二极管背面的光线，使发光二极管的发光层所产生的光线能够集中地朝向出光面射出，以提高发光二极管的发光亮度。
本发明实施例提供一种发光二极管，包括基板、介质反射镜层、第一导电层、发光层以及第二导电层。所述基板具有多个沟槽，而介质反射镜层设置于所述多个沟槽中，且介质反射镜层分别于每一个沟槽中形成一个介质反射镜区块。第一导电层设置于基板上，使得介质反射镜层位于基板与第一导电层之间，发光层设置于第一导电层上，且第二导电层设置于发光层上。当电流通过第一导电层、发光层与第二导电层时，发光层产生一光线。
在本发明一示范实施例中，每一个沟槽中的介质反射镜区块与第一导电层可包围出一空气间隙。此外，所述空气间隙具有一深宽比例，所述深宽比例系依据磊晶工艺中第一导电层的三族半导体材料与五族半导体材料的比例调变。另外，所述多个沟槽可形成于基板的一上表面，且设置于所述多个沟槽中的介质反射镜层与上表面共平面。
本发明的另一目的在于提供一种发光二极管制造方法，此方法所制造的发光二极管，具有介质反射镜层以反射射向发光二极管背面的光线，使发光二极管的发光层所产生的光线能够集中地朝向出光面射出，以提高发光二极管的发光亮度。
本发明实施例提供一种发光二极管制造方法，于所述发光二极管制造方法中，首先于基板上设置图案化光阻层。接着，执行一蚀刻工艺，用以蚀刻基板上未被图案化光阻层覆盖的多个区域，使得基板形成多个沟槽，所述多个沟槽所形成的位置对应所述多个区域。接着，形成介质反射镜层于图案化光阻层上以及所述多个沟槽中，且介质反射镜层分别于每一个沟槽中形成一个介质反射镜区块。接着，除去图案化光阻层。接着，于基板上形成第一导电层，使得介质反射镜层位于基板与第一导电层之间。接着，于第一导电层上形成一发光层，以及于发光层上形成一第二导电层。当电流通过第一导电层、发光层与第二导电层时，发光层产生光线。
综上所述，本发明实施例所提供的发光二极管及其制造方法由于将介质反射镜层形成在基板的沟槽中，使得每个沟槽中的介质反射镜区块与基板大致上可以是共平面。由此，当其他膜层(例如导电层)形成在基板上时，不会因为介质反射镜区块凸出或凹陷于基板而产生封合不易的问题。同时，本发明还可通过介质反射镜层，以反射射向发光二极管背面的光线，使发光二极管的发光层所产生的光线能够集中地朝向出光面射出，以提高发光二极管的发光亮度。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为现有技术中的发光二极管的剖面示意图。
图2A为本发明一实施例的发光二极管的剖面图。
图2B为显示本发明一实施例的沟槽的剖面的立体图。
图2C为显示发明另一实施例的沟槽的剖面的立体图。
图2D为本发明一实施例的空气间隙的示意图。
图2E为图2D中A区域的局部放大图。
图3为本发明一实施例的发光二极管制造方法的流程图。
图4A为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。
图4B为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。
图4C为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。
图4D为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。
图4E为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。
其中，附图标记说明如下：
1：发光二极管 10：基板
12：介质反射镜层 14：第一导电层
16：发光层 18：第二导电层
20：图案化光阻层 102：沟槽
122：介质反射镜区块 142：电极
182：电极 9：发光二极管
90：n型半导体层 92：发光层
94：p型半导体层 96：基板
902：电极 942：电极
R1、R2：长度 S30～S42：步骤流程
具体实施方式
〔发光二极管实施例〕
请参见图2A，图2A为本发明一实施例的发光二极管的剖面图。如图2A所示，本发明的发光二极管1具有基板10、介质反射镜层(未图示于图2A)、第一导电层14、发光层16以及第二导电层18。所述介质反射镜层、第一导电层14、发光层16以及第二导电层18分别依序设置在基板10之上，使得第一导电层14位于基板10与发光层16之间，而发光层16位于第一导电层14与第二导电层18之间。本实施例于图2A中，第二导电层18的上表面可为发光二极管1的出光面，基板10的下表面可为发光二极管1的背面。请注意，在图式中为了能够更清楚表示各层或各结构的特征，可能未按照比例绘制各层或各结构的相对尺寸，以下分别说明本发明的发光二极管1的各部元件。
基板10所使用的材料可以是硅、氮化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、碳化硅、砷化镓、三氧化二铝、二氧化锂镓、二氧化锂铝、四氧化镁二铝或者其他适当的材料。本实施例以蓝宝石材料的基板10为例，基板10的一表面上可具有多个沟槽102。在此，本发明不限制所述多个沟槽102的形状，也不限制所述多个沟槽102是如何排列的。举例来说，沟槽102于基板10的表面上可以呈现圆柱形、长方形或半圆形的凹陷，当然，沟槽102于基板10的表面上也可以是剖面成三角形的条型凹陷、剖面成长方形的条型凹陷或剖面成半圆形的条型凹陷，于所属技术领域具有通常知识者可以自由设计所述沟槽102。
若以圆柱形的沟槽102为例，请一并参见图2B与图2C，图2B为显示本发明一实施例的沟槽的剖面的立体图，图2C为显示本发明另一示范实施例的沟槽的剖面的立体图。如图所示，本发明中的沟槽102可以有规则地、阵列式排列地设置在基板10的表面上(如图2B)，或者沟槽102也可以随机地设置在基板10的表面上(如图2C)。举例来说，为了增加光线反射的效率，沟槽102的排列可以是三角形的阵列、六角形的阵列或者四方形的阵列，本发明在此不加以限制，沟槽102的排列规则可由所属技术领域具有通常知识者视实际需要而设计。
请继续参见图2A，介质反射镜层设置于所述多个沟槽102中，而介质反射镜层分别于每一个沟槽102中形成一个介质反射镜区块122。于实际上，介质反射镜层以及介质反射镜区块122的材料可以是二氧化硅、二氧化钛、五氧化二钽、四氮化三硅或者其他适当的材料。在此，沟槽102形成于基板10的一上表面，而设置于沟槽102中的介质反射镜区块122的厚度应大致上与沟槽102的深度相近，使得填入介质反射镜区块122的沟槽102可以与所述基板10的上表面大致上共平面。换句话说，本发明的介质反射镜区块122嵌入基板10之中，而使得基板10能有较平整的表面。当于基板10上进一步制作其他膜层时，具有较平整的表面的基板10可以有较佳的长晶效率。
当然，本发明并不限制所述介质反射镜区块122与沟槽102必须形成平整的平面，介质反射镜区块122也可以略凸于基板10的上表面或者略凹于基板10的上表面。只要介质反射镜区块122不妨碍于基板10上制作其他膜层，于所属技术领域具有通常知识者可自由设计介质反射镜区块122的厚度与沟槽102的深度。
值得注意的是，虽然在基板10上设置越大面积的沟槽102以及介质反射镜区块122，可以反射越多的光线(如射向介质反射镜区块122的箭头所示)，使得发光二极管1的发光层16所产生的光线能够集中地朝向出光面射出(如射向第二导电层18的箭头所示)。然而，沟槽102以及介质反射镜区块122的面积过大会使其他膜层不易固设于基板10上，而于发光二极管1的耐用度上会产生问题。因此，为了使其他膜层能够容易地设置在基板10上，沟槽102以及介质反射镜区块122应以适当的面积比例设置在基板10的表面上。于所属技术领域具有通常知识者在不损害发光二极管1的耐用度的前提下，可视实际需要而调整沟槽102以及介质反射镜区块122在基板10的表面上的面积比例。
请继续参见图2A，第一导电层14设置于基板10上，使得介质反射镜层以及介质反射镜区块122位于基板10与第一导电层14之间，而发光层16设置于第一导电层14上，第二导电层18设置于发光层16上。在此，第一导电层14可为一种n型半导体层，而第二导电层18可为一种p型半导体层，且第一导电层14与第二导电层18更可分别连接电极142与电极182。当电极142与电极182间具有一电压差，而使得第一导电层14、发光层16与第二导电层18有一电流通过时，发光层16可受驱动而产生光线。
于实际上，每一沟槽102中的介质反射镜区块122与第一导电层14可包围出一空气间隙。请一并参见图2D与图2E，图2D为本发明一实施例的空气间隙的示意图，图2E为图2D中E区域的局部放大图。如图所示，空气间隙144位于介质反射镜区块122与第一导电层14之间，其中空气间隙144的宽度R1与深度R2具有一可调变的深宽比例，所述深宽比例是依据一外延工艺中第一导电层14的五族半导体材料与三族半导体材料的比例(又称为五三比)而对应改变。在此，所述五三比是单位体积中，五族离子与三族离子的个数比，或者是五族离子与三族离子的摩尔比例。
举例来说，若五三比在0到2000的范围内，则空气间隙144的宽度R1与深度R2极小，而介质反射镜区块122与第一导电层14之间可视为几乎没有包围出空气间隙144。若五三比大于2000，则介质反射镜区块122与第一导电层14之间便能够包围出空气间隙144，较佳的是，若五三比在2000到3000的范围内，则可以产生适当大小的空气间隙144。于实际上，介质反射镜区块122可搭配适当大小的空气间隙144，有助于提高基板10的光线反射效率。当然，没有空气间隙144而仅有介质反射镜区块122时，本发明的发光二极管1同样也可以达成反射光线的目的，故本发明不限制介质反射镜区块122与第一导电层14之间一定要有空气间隙144。
〔发光二极管制造方法实施例〕
以下搭配本发明的发光二极管制造方法做进一步地说明。请一并参见图3、图4A、图4B、图4C、图4D以及图4E，图3为本发明一实施例的发光二极管制造方法的流程图，图4A至图4E为本发明一实施例的发光二极管于制造过程的剖面图。于步骤S30与图4A中，首先在基板10上设置图案化光阻层20，所述图案化光阻层20可为具有规则地、阵列式排列地的光阻图样，或者图案化光阻层20可为随机设置的光阻图样。上述被光阻图样覆盖的区域可对应基板10上不具沟槽102的表面，而未被所述光阻图样覆盖的基板10的区域，即为选定产生沟槽102的表面。
接着，于步骤S32与图4B中，执行一蚀刻工艺，用以蚀刻基板10上未被图案化光阻层20覆盖的多个区域，使得基板10形成多个沟槽102，所述多个沟槽102所形成的位置对应未被图案化光阻层20覆盖的区域。于实际上，沟槽102受光蚀刻而凹陷于基板10，但本发明不以此为限，沟槽102更可受其他物理性或化学性蚀刻而凹陷于基板10，而所述沟槽102也可以是预先蚀刻在基板10表面上的。
接着，于步骤S34与图4C中，形成介质反射镜层12于图案化光阻层20上以及所述多个沟槽102中，且介质反射镜层12分别于每一个沟槽102中形成介质反射镜区块122。接着，于步骤S36与图4D中，除去图案化光阻层20以及覆盖在图案化光阻层20上的介质反射镜层12，而只留下基板10中的结构。在此，介质反射镜层12的膜层厚度约是沟槽102的蚀刻深度，使得介质反射镜层12填入沟槽102且除去图案化光阻层20后，基板10的上表面可具有多个嵌入的介质反射镜区块122，且基板10的上表面大致上为一个平整的表面。
接着，于步骤S38与图4E中，于基板10上形成第一导电层14，使得介质反射镜层12以及介质反射镜区块122位于基板10与第一导电层14之间。接着，于步骤S40与步骤S42中，分别说明了于第一导电层14上形成发光层16，以及于发光层16上形成第二导电层18。
综上所述，本发明实施例所提供的发光二极管及其制造方法可将介质反射镜层形成在基板的沟槽中，使得每个沟槽中的介质反射镜区块与基板大致上可以是共平面，以维持基板上表面的平整性。由此，当其他膜层(例如导电层)形成在基板上时，不会因为介质反射镜区块凸出或凹陷于基板而产生封合不易的问题。同时，本发明还可通过介质反射镜层以及分散于基板上的介质反射镜区块，以反射射向发光二极管背面的光线，使发光二极管的发光层所产生的光线能够集中地朝向出光面射出，以提高发光二极管的发光亮度。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (16)
1.一种发光二极管，其特征在于，包括：
一基板，具有多个沟槽；
一介质反射镜层，设置于所述多个沟槽中，该介质反射镜层分别于每一该沟槽中形成一介质反射镜区块；
一第一导电层，设置于该基板上，使得该介质反射镜层位于该基板与该第一导电层之间；
一发光层，设置于该第一导电层上；以及
一第二导电层，设置于该发光层上；
其中当一电流通过该第一导电层、该发光层与该第二导电层时，该发光层产生一光线。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，每一该沟槽中的该介质反射镜区块与该第一导电层包围出一空气间隙。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，该空气间隙具有一深宽比例，该深宽比例依据一外延工艺中该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例调变。
4.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例超过2000。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例在2000至3000的范围内。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，当该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例在0至2000的范围内时，每一该沟槽中的该介质反射镜区块与该第一导电层之间不具有一空气间隙。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述多个沟槽形成于该基板的一上表面，且设置于所述多个沟槽中的该介质反射镜层与该上表面共平面。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，该基板的材料选自硅、氮化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、碳化硅、砷化镓、三氧化二铝、二氧化锂镓、二氧化锂铝以及四氧化镁二铝所构成的群组中的材料。
9.一种发光二极管制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
于一基板上设置一图案化光阻层；
执行一蚀刻工艺，蚀刻该基板上未被该图案化光阻层覆盖的多个区域，使得该基板形成多个沟槽，所述多个沟槽所形成的位置对应所述多个区域；
形成一介质反射镜层于该图案化光阻层上以及所述多个沟槽中，且该介质反射镜层分别于每一该沟槽中形成一介质反射镜区块；
除去该图案化光阻层；
于该基板上形成一第一导电层，使得该介质反射镜层位于该基板与该第一导电层之间；
于该第一导电层上形成一发光层；以及
于该发光层上形成一第二导电层；
其中当一电流通过该第一导电层、该发光层与该第二导电层时，该发光层产生一光线。
10.如权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征在于，每一该沟槽中的该介质反射镜区块与该第一导电层包围出一空气间隙。
11.如权利要求10所述的发光二极管制造方法，其特征在于，该空气间隙具有一深宽比例，该深宽比例依据一磊晶工艺中该第一导电层的三族半导体材料与五族半导体材料的比例调变。
12.如权利要求10所述的发光二极管制造方法，其特征在于，该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例超过2000。
13.如权利要求12所述的发光二极管制造方法，其特征在于，该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例在2000至3000的范围内。
14.如权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征在于，当该第一导电层的五族半导体材料与三族半导体材料的比例在0至2000的范围内时，每一该沟槽中的该介质反射镜区块与该第一导电层之间不具有一空气间隙。
15.如权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述多个沟槽形成于该基板的一上表面，且设置于所述多个沟槽中的该介质反射镜层与该上表面共平面。
16.如权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征在于，该基板的材料选自硅、氮化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、碳化硅、砷化镓、三氧化二铝、二氧化锂镓、二氧化锂铝以及四氧化镁二铝所构成的群组中的材料。
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