CN1641890A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种发光二极管及其制造方法，其是由基底、主动层、下束缚层、上束缚层、阳极电极以及阴极电极所组成。其中，下束缚层位于基底上、主动层位于下束缚层上、上束缚层位于主动层上、阳极电极位于上束缚层上、阴极电极位于下束缚层上且与上束缚层、主动层与阳极电极相隔离。而基底与下束缚层、下束缚层与主动层、主动层与上束缚层、上束缚层与阳极电极以及下束缚层与阴极电极之间的各界面均为规律性的粗糙面。本发明可以避免主动层所发出的光发光二极管内部发生全反射；另可以增加发光二极管的发光效率，从而更加适于实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种由III-V族元素(III-V group element)构成的发光二极管(light emitting diode，简称LED)及其制造方法，特别是涉及一种可控制式微型粗糙表面的发光二极管及其制造方法。
背景技术
III-V族元素构成的发光二极管为一种宽能隙(bandgap)的材质，其发光波长从紫外光一直涵盖到红光，因此可以说是几乎涵盖所有可见光的波段，其中氮化镓(GaN)发光二极管组件深受注目。请参阅图1所示，是现有习知的一种具有氮化镓化合物半导体的发光二极管结构示意图。
请参阅图1所示，此类型的发光二极管100是形成在一基底10上，如氧化铝(Al2O3)基底。基底10上依序为晶核层(nucleation layer)12与N型掺杂导电缓冲层(n-type conductive buffer layer)14。缓冲层14之上为有一层作为发光用的主动层(active layer)18，而且在其上下分别形成有束缚层(confinement layer)16和20。该束缚层16、20的掺杂型是相反的，如图中所示，下束缚层16为N型掺杂的氮化镓(n-GaN)，而上束缚层20为P型掺杂的氮化镓(p-GaN)。之后，在上束缚层20之上形成了接触层22，其为P型掺杂的氮化镓。接着，再形成透明电极24，形成该透明电极的材质通常为N型掺杂，如氧化铟锡(Indiumtin oxide)、氧化锡镉(Cadmiumtin oxide)或极薄的金属，并做为发光二极管100的阳极。此外，在缓冲层14与束缚层16、束缚层20、主动层18隔离的区域上形成电极26，作为发光二极管100的阴极。
接着，请参阅图2所示，是图1中的发光二极管的发光区域范围的示意图。当在发光二极管100的电极24、26施加顺向偏压时，该发光二极管便会导通。此时，电流由电极24流向主动层18。然而，由于主动层18所发出的光如图所示，其中有部分光线会在发光二极管100内部产生全反射的现象，因此其所造成的光损失将大幅降低发光二极管100的发光效率。
由此可见，上述现有的发光二极管及其制造方法仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的发光二极管及其制造方法的缺陷，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，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的发光二极管及其制造方法存在的缺陷，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，积极加以研究创新，以期创设一种新的发光二极管及其制造方法，能够改进一般现有的发光二极管及其制造方法，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，克服上述现有的发光二极管及其制造方法存在的缺陷，而提供一种新的发光二极管及其制造方法，所要解决的技术问题是使其可以避免主动层所发出的光发光二极管内部发生全反射，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的另一目的在于，提供一种发光二极管及其制造方法，所要解决的技术问题是使其可以增加发光二极管的发光效率，从而更加适于实用。
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发光二极管，架构于一基底上，其结构至少包括：一缓冲层，位于该基底上；一下束缚层，位于该缓冲层上，且该缓冲层与下束缚层的界面为规律性的一第一粗糙面；一主动层，位于该下束缚层上，且该下束缚层与该主动层的界面为规律性的一第二粗糙面；一上束缚层，位于该主动层上，且该主动层与该上束缚层的界面为规律性的一第三粗糙面；一阳极电极，位在该上束缚层上，且该上束缚层与该阳极电极的界面为规律性的一第四粗糙面；以及一阴极电极，位于该缓冲上，且与该上束缚层、该下束缚层、该主动层以及该阳极电极相隔离，其中该缓冲层与该阴极电极的界面为规律性的一第五粗糙面。
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。
前述的紫外光检测器，其中所述的基底与该缓冲层的界面为规律性的一第六粗糙面。
前述的紫外光检测器，其中所述的其更包括：一晶核层，位于该基底与该下束缚层之间；以及一接触层，位于该上束缚层与该阳极电极之间。
前述的紫外光检测器，其中所述的基底与该晶核层的界面为规律性的一第七粗糙面。
前述的紫外光检测器，其中所述的晶核层与该下束缚层的界面为规律性的一第八粗糙面。
前述的紫外光检测器，其中所述的晶核层材质包括AluInvGa1-u-vN(u，v≥0；0≤u+v≤1)。
前述的紫外光检测器，其中所述的缓冲层的材质包括AlcIndGa1-c-dN(c，d≥0；0≤c+d＜1)的未掺杂材质。
前述的紫外光检测器，其中所述的基底的材质包括氧化铝、碳化硅、氧化锌、硅基底、磷化镓、砷化镓其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的主动层的材质包括以III-V族元素为主的一量子井结构。
前述的紫外光检测器，其中所述的量子井结构包括AlaInbGa1-a-bN/AlxInyGa1-x-yN，其中a，b≥0；0≤a+b＜1；x，y≥0；0≤x+y＜1；x＞c＞a。
前述的紫外光检测器，其中所述的阴极电极的材质至少包括Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Cr/Ti/Au、Cr/TiWx/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au、Zr/Al/Cr/Au、Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/AuTiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的阳极电极的材质包括Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx以及WSix其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的阳极电极的材质包括一N型透明导电氧化层与一P型透明导电氧化层其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的N型透明导电氧化层包括ITO、CTO、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn以及In2O3:Zn其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的P型透明导电氧化层包括CuAlO2、LaCuOS、NiO、CuGaO2以及SrCu2O2其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的第一粗糙面、第二粗糙面、第三粗糙面、第四粗糙面以及第五粗糙面的图案包括复数条沟渠。
前述的紫外光检测器，其中所述的该些沟渠之间的间距在1-10微米之间。
前述的紫外光检测器，其中所述的第一粗糙面、第二粗糙面、第三粗糙面、第四粗糙面以及第五粗糙面的图案包括复数个开口。
前述的紫外光检测器，其中所述的该些开口的形状包括椭圆形、沟渠型、方形、圆形、三角形其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的发光二极管，其特征在于其中所述的该些开口之间的间距在1-10微米之间。
前述的紫外光检测器，其中所述的下束缚层的材质包括N型掺杂的氮化镓以及该上束缚层的材质包括P型掺杂的氮化镓。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种发光二极管的制造方法，其包括以下步骤：
提供一基底；
对该基底进行一表面处理，使该基底的表面成为规律性的一粗糙面；
在该基底上依序形成共形的一下束缚层、一主动层以及一上束缚层；
在该上束缚层上形成一阳极电极；以及
在该下束缚层上形成一阴极电极，且该阴极电极与该上束缚层、该主动层与该阳极电极互相隔离。
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。
前述的紫外光检测器，其中所述的对该基底进行该表面处理的步骤包括施行一微影/蚀刻制程。
前述的紫外光检测器，其中所述的对该基底进行该表面处理的步骤包括：在该基底上形成一沉积层；以及对该沉积层施行一微影/蚀刻制程。
前述的紫外光检测器，其中所述的粗糙面的图案包括复数条沟渠。
前述的紫外光检测器，其中所述的粗糙面的图案包括复数个开口。
前述的紫外光检测器，其中所述的该些开口的形状包括椭圆形、三角形、圆形、方形其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的对该基底进行该表面处理之后，更包括：在该基底上形成一晶核层；以及在该晶核层上形成一缓冲层。
前述的紫外光检测器，其中所述的在该上束缚层上形成该阳极电极之前，更包括形成一接触层于该上束缚层上。
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发光二极管的制造方法，其包括以下步骤：
提供一基底；
在该基底上形成一缓冲层；
对该缓冲层进行一表面处理，使该缓冲层的表面成为规律性的一粗糙面；
在该缓冲层上依序形成共形的一下束缚层、一主动层以及一上束缚层；
在该上束缚层上形成一阳极电极；以及
在该缓冲层上形成一阴极电极，且该阴极电极与该上束缚层、该下束缚层、该主动层以及该阳极电极互相隔离。
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。
前述的紫外光检测器，其中所述的对该缓冲层进行该表面处理的步骤包括施行一微影制程。
前述的紫外光检测器，其中所述的粗糙面的图案包括复数条沟渠。
前述的紫外光检测器，其中所述的粗糙面的图案包括复数个开口。
前述的紫外光检测器，其中所述的该些开口的形状包括椭圆形、三角形、圆形、方形其中之一。
前述的紫外光检测器，其中所述的在该基底上形成该缓冲层之前，更包括在该基底上形成一晶核层。
前述的紫外光检测器，其中所述的在该上束缚层上形成该阳极电极之前，更包括形成一接触层于该上束缚层上。
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，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：
本发明提出一种发光二极管，是一种架构于一基底上的发光二极管，其结构至少包括一主动层、一下束缚层、一上束缚层、阳极电极以及阴极电极。上述发光二极管结构中各部件的配置是下束缚层位于基底上、主动层位于下束缚层上、上束缚层位于主动层上、阳极电极位于上束缚层上、阴极电极则是位于下束缚层上并且与上束缚层、主动层与阳极电极隔离。其中，基底与下束缚层的界面、下束缚层与主动层的界面、主动层与上束缚层的界面、上束缚层与阳极电极的界面以及下束缚层与阴极电极的界面均为规律性的粗糙面。
本发明还提出一种架构于一基底上的发光二极管，其至少包括一主动层、不同导电型的上束缚层与下束缚层、一缓冲层、阳极电极以及阴极电极。上述的发光二极管结构中各部件的配置是缓冲层位于基底上、下束缚层位于缓冲层上、主动层位于下束缚层上、上束缚层位于主动层上、阳极电极位在上束缚层上、阴极电极则位于缓冲上并且与该上束缚层、下束缚层、主动层与阳极电极隔离。其中，缓冲与下束缚层的界面、下束缚层与主动层的界面、主动层与上束缚层的界面、上束缚层与阳极电极的界面以及缓冲层与阴极电极的界面均为规律性的粗糙面。
本发明又提出一种发光二极管的制造方法，其包括先提供一基底。然后，对基底进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面。接着，在基底上依序形成共形的下束缚层、主动层以及上束缚层。接着，在上束缚层上形成一阳极电极以及在下束缚层上且与上束缚层、主动层与阳极电极隔离的区域上形成阴极电极。
另外，本发明再提出一种发光二极管的制造方法，其包括先提供一基底，再在基底上形成一缓冲层。然后，对缓冲层进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面。接着，在缓冲层上依序形成共形的下束缚层、主动层以及上束缚层。接着，在上束缚层上形成一阳极电极以及在导电隔离层上且与上束缚层、下束缚层、主动层与阳极电极隔离的区域上形成一阴极电极。
经由上述可知，本发明是关于一种发光二极管及其制造方法，其是由基底、主动层、下束缚层、上束缚层、阳极电极以及阴极电极组成。下束缚层位于基底上、主动层位于下束缚层上、上束缚层位于主动层上、阳极电极位于上束缚层上、阴极电极位于下束缚层上且与上束缚层、主动层与阳极电极相隔离。而基底与下束缚层、下束缚层与主动层、主动层与上束缚层、上束缚层与阳极电极以及下束缚层与阴极电极之间的各界面均为规律性的粗糙面。
借由上述技术方案，本发明发光二极管及其制造方法至少具有以下优点：本发明因为在制作发光二极管之前先对基底进行表面处理，或是在制程期间对缓冲层进行表面处理，使其表面成为一规律性的粗糙面，之后再在该粗糙面上依序形成其它磊晶层，使得发光二极管组件表面同样为一规律性的粗糙面，如此便能够避免主动层所发出的光线发生全反射的现象，进而可以增加发光二极管的发光效率。此外，本发明在进行表面处理时，可控制所形成的沟渠或是开口之间的间距(pitch)，该间距的控制与发光二极管组件的外部量子效率有直接的关连，因此仅需针对沟渠或是开口的间距以及后续磊晶制程的条件参数进行控制，即可使得本发明的发光二极管的外部量子效率最佳化，从而更加适于实用。
综上所述，本发明特殊的发光二极管及其制造方法，可以避免主动层所发出的光发光二极管内部发生全反射；另可以增加发光二极管的发光效率，从而更加适于实用。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及制造方法中未见类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的发光二极管及其制造方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有习知的一种具有氮化镓化合物半导体的发光二极管结构示意图。
图2是图1中发光二极管的发光区域范围示意图。
图3是依照本发明第一实施例的发光二极管的制造流程步骤图。
图4是依照本发明第一实施例所制作的发光二极管的结构以及发光区域范围示意图。
图5是依照本发明第二实施例的发光二极管的制造流程步骤图。
图6是依照本发明第二实施例所制作的发光二极管的结构以及发光区域范围示意图。
10，40，60：基底
12，412，612：晶核层
14，414，614：缓冲层
16，20，416，420，616，620：束缚层
18，418，618：主动层
22，422，622：接触层
24：透明电极
26，424，426，624，626：电极
100：发光二极管
300，500：提供一基底
302：对基底进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面
304：在基底上依序形成共形的下束缚层、主动层以及上束缚层
306，508：在上束缚层上形成一阳极电极
308：在下束缚层上且与上束缚层、主动层以及阳极电极隔离的区域上形成一阴极电极
502：在基底上形成一缓冲层
504：对缓冲层进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面
506：在缓冲层上依序形成共形的下束缚层、主动层以及上束缚层
510：在缓冲层上且与下束缚层、上束缚层、主动层以及阳极电极隔离的区域上形成一阴极电极
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的发光二极管及其制造方法其具体结构、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的主要概念是利用制作发光二极管期间，对基底或缓冲层进行表面处理，使其表面成为一规律性的粗糙面，致使后续形成的各层皆与基底或缓冲层共形而具有规律的粗糙面，以避免主动层所发出的光在发光二极管内发生全反射。依此概念所形成的晶体管结构及其制造方法至少有两种型态。以下将配合图3、图4以及图5、图6做更进一步的说明。
第一实施例
图3是依照本发明第一实施例的发光二极管的制造流程步骤图。
请参阅图3所示，本发明较佳实施例的发光二极管的制造方法，首先在步骤300中，提供一基底，该基底的材质可以是氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)基底、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等或其它适用的基底材质。接着，在步骤302中，对基底进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面，其中对基底进行表面处理的方式例如是施行一微影/蚀刻制程，以使基底的表面上具有规律性的图案，如数条沟渠或数个呈阵列(数组)排列的开口等。另外，对基底进行表面处理的方式也可包括先在基底上形成一层沉积层，再对该沉积层施行另一微影/蚀刻制程，以使基底表面上的沉积层具有规律性的图案，如数条沟渠或数个呈阵列排列的开口等。而当本实施例在对基底进行表面处理时，可控制所形成的沟渠或是开口之间的间距(pitch)，该间距的控制与发光二极管组件的外部量子效率有直接的关连，其范围譬如在1-10微米(μm)之间，优选为1-5微米之间。因此，本发明仅需针对沟渠或是开口的间距以及后续磊晶制程的条件参数进行控制，即可使得发光二极管的外部量子效率最佳化。
接着，在步骤304中，在基底上依序形成共形的下束缚层、主动层(active layer)以及上束缚层，其中主动层的材质包括以III-V族元素为主的一量子井(quantum well)结构，而该量子井结构例如是AlaInbGa1-a-bN/AlxInyGa1-x-yN，其中a，b≥0；0≤a+b＜1；x，y≥0；0≤x+y＜1；x＞c＞a。而下束缚层例如是N型掺杂的氮化镓(n-GaN)，而上束缚层例如是P型掺杂的氮化镓(p-GaN)。
此外，因为P或N型氮化镓系列半导体与上述常用的基底晶格匹配性仍有改善的空间，因此在形成下束缚层之前可先形成一层晶核层(nucleation layer)于基底之上，再在晶核层上形成一缓冲层(bufferlayer)，以提高后续的氮化镓系列化合物结晶成长的品质，同时也提高产品优良率，其中晶核层的材质包括AluInvGa1-u-vN(u，v≥0；0≤u+v≤1)、缓冲层的材质则可使用例如AlcIndGa1-c-dN(c，d≥0；0≤c+d＜1)等的未掺杂材质。
之后，在步骤306中，在上束缚层上形成一阳极电极，其材料譬如为金属，例如Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx或是WSix等。再者，阳极电极也可以是N型的透明导电氧化层(transparent conductive oxide，简称TCO)例如ITO、CTO、ZnO:Al、ZnGa2O4、SnO2:Sb、Ga2O3:Sn、AgInO2:Sn、In2O3:Zn等，或P型的透明导电氧化层例如CuAlO2、LaCuOS、NiO、CuGaO2、SrCu2O2等等。
随后，在步骤308中，在下束缚层上且与上束缚层、主动层以及阳极电极隔离的区域上形成阴极电极，其中阴极电极的材质至少包括Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Cr/Ti/Au、Cr/TiWx/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au、Zr/Al/Cr/Au、Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/AuTiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au或Ti/NiAl/Cr/Au等。
另外，在上束缚层上形成阳极电极之前，可在上束缚层上先形成一接触层，其材质例如是P型掺杂的氮化镓。
而利用上述实施例所制作出的一种架构于一基底40上的发光二极管以及其发光区域范围示意图，如图4所示。
请参阅图4所示，本实施例发光二极管包括一主动层418、一下束缚层416、一上束缚层420、一晶核层412、一缓冲层414、一接触层422、阳极电极424以及阴极电极426。而上述发光二极管结构中各部件的配置是下束缚层416位于基底40上、晶核层412在基底40与下束缚层416之间、缓冲层414在晶核层412与下束缚层416之间、主动层418则位于下束缚层416上、上束缚层420位于主动层418上、阳极电极424位于上束缚层420上、接触层422位于上束缚层420与阳极电极424之间、阴极电极426则位于下束缚层416上并且与上束缚层420、主动层418与阳极电极424隔离。
请继续参阅图4所示，本实施例的重要特征之一是，基底40与晶核层412的界面、晶核层412与缓冲层414的界面、缓冲层414与下束缚层416的界面、下束缚层416与主动层418的界面、主动层418与上束缚层420的界面、上束缚层420与接触422的界面、接触层422与阳极电极424的界面以及缓冲层414与阴极电极426的界面均为规律性的粗糙面。因此，从主动层418发出的大部分光将直接从发光二极管射出，而不会在发光二极管内部发生全反射。
第二实施例
本发明还可利用制作发光二极管期间，对缓冲层进行表面处理，使其表面成为一规律性的粗糙面，以避免主动层所发出的光在发光二极管内发生全反射。请参阅图5，是依照本发明一第二实施例的发光二极管的制造流程步骤图。
请参阅图5所示，本实施例的发光二极管的制造方法，是首先在步骤500中，提供一基底，其材质可以包括前述的第一实施例中的基底材质。然后，在步骤502中，在基底上形成一缓冲层，其材质则可使用例如AlcIndGa1-c-dN(c，d≥0；0≤c+d＜1)等的未掺杂材质。接着，在步骤504中，对缓冲层进行一表面处理，使其表面成为规律性的粗糙面，其中对该缓冲层进行表面处理的方式例如是施行一微影/蚀刻制程，以使缓冲层的表面上具有规律性的图案，如数条沟渠或数个呈阵列排列的开口等。而当本实施例在对缓冲层进行表面处理时，可控制所形成的沟渠或是开口之间的间距，该间距的控制与发光二极管组件的外部量子效率有直接的关连，其范围譬如是在1-10微米(μm)之间，较佳者为1-5微米之间。因此，本发明仅需针对沟渠或是开口的间距以及后续磊晶制程的条件参数进行控制，即可使得发光二极管的外部量子效率最佳化。
接着，在步骤506中，在缓冲层上依序形成共形的下束缚层、主动层以及上束缚层，其中下束缚层的材质例如是N型掺杂的氮化镓、上束缚层的材质例如是P型掺杂的氮化镓、主动层的材质譬如以III-V族元素为主的一量子井结构，而该量子井结构例如是AlaInbGa1-a-bN/AlxInyGa1-x-yN，其中a，b≥0；0≤a+b＜1；x，y≥0；0≤x+y＜1；x＞c＞a。
此外，因为P或N型氮化镓系列半导体与上述常用的基底晶格匹配性仍有改善的空间，所以在形成缓冲层之前可以先形成一层晶核层于基底之上，以提高后续的氮化镓系列化合物结晶成长的品质，同时也提高产品优良率，其中晶核层的材质包括AluInvGa1-u-vN(u，v≥0；0≤u+v≤1)。
之后，在步骤508中，在上束缚层上形成一阳极电极，其材料譬如为金属、N型的透明导电氧化层(TCO)或是P型的透明导电氧化层，而上述各种材质的详细范例如前述第一实施例中所述。
随后，在步骤510中，在缓冲层上且与下束缚层、上束缚层、主动层以及阳极电极隔离的区域上形成一阴极电极，其中阴极电极的材质可以包括前述的第一实施例中的各种材质。
另外，在上束缚层上形成阳极电极之前，可在上束缚层上先形成一接触层，其材质例如是P型掺杂的氮化镓。
而利用上述实施例所制作出的一种架构于一基底60上的发光二极管以及其发光区域范围示意图，如图6所示。
请参阅图6所示，本实施例的发光二极管，包括一主动层618、一下束缚层616、一上束缚层620、一晶核层612、一缓冲层614、一接触层622、阳极电极624以及阴极电极626。而上述发光二极管结构中各部件的配置是缓冲层614位于基底60上、晶核层612在基底60与缓冲层614之间、下束缚层616在缓冲层614上、主动层618则位于下束缚层616上、上束缚层620位于主动层618上、阳极电极624位于上束缚层620上、接触层622位于上束缚层620与阳极电极624之间、阴极电极626则位于缓冲层614上并且与下束缚层616、上束缚层620、主动层618以及阳极电极624互相隔离。
请继续参阅图6所示，本实施例的重要特征之一是，缓冲层614与下束缚层616的界面、下束缚层616与主动层618的界面、主动层618与上束缚层620的界面、上束缚层620与接触622的界面、接触层622与阳极电极624的界面以及缓冲层614与阴极电极626的界面均为规律性的粗糙面。
为了证实本发明的功效，请参阅下列的表一，其是根据前述第一实施例所制作的发光二极管与现有习知的发光二极管在通入的电流值为20毫安(mA)时所获得的输出功率比较表，其中功率的单位为mW。
表一
| 根据第一实施例所制作的发光二极管 | 现有习知的发光二极管 | |||
| 电压值(Vf) | 功率(power) | 电压值(Vf) | 功率(power) | |
| 3.21 | 4.86 | 3.08 | 4.766 | |
| 3.15 | 4.234 | 3.15 | 3.936 | |
| 3.15 | 4.958 | 3.15 | 4.317 | |
| 3.34 | 4.819 | 3.15 | 3.753 | |
| 3.28 | 5.242 | 3.15 | 4.132 | |
| 3.15 | 4.777 | 3.15 | 3.872 | |
| 3.28 | 5.543 | 3.15 | 4.321 | |
| 3.34 | 4.951 | 3.15 | 3.734 | |
| 3.34 | 4.66 | 3.15 | 3.691 | |
| 3.21 | 4.906 | 3.15 | 4.43 | |
| 3.28 | 4.702 | 3.15 | 3.621 | |
| 3.21 | 5.094 | 3.15 | 3.974 | |
| 3.15 | 4.562 | 3.15 | 3.857 | |
| 3.28 | 4.713 | 3.15 | 4.223 | |
| 3.15 | 5.102 | 3.15 | 4.679 | |
| 3.15 | 5.449 | 3.15 | 3.925 | |
| 3.28 | 4.389 | 3.15 | 4.426 | |
| 3.28 | 4.547 | 3.15 | 4.034 | |
| 3.34 | 4.728 | 3.15 | 4.026 | |
| 3.28 | 4.464 | |||
| 平均值 | 平均值 | 增进％ | ||
| 4.835 | 4.090368421 | 18.20451124 | ||
| 标准差 | 标准差 | |||
| 0.336391689 | 0.329110115 | |||
由表一可知，本发明的发光二极管在输出功率上较现有习知的发光二极管足足增加约18.2％的功效。
因此，本发明的特点在于，利用制作发光二极管之前先对基底进行表面处理，或是在制程期间对缓冲层进行表面处理，使其表面成为一规律性的粗糙面，所以能够避免主动层所发出的光在发光二极管内部发生全反射，进而可以增加发光二极管的发光效率。
此外，本发明在进行表面处理时，可控制所形成的沟渠或是开口之间的间距(pitch)，该间距的控制与发光二极管组件的外部量子效率有直接的关连。因此，本发明仅需针对沟渠或是开口的间距以及后续磊晶制程的条件参数进行控制，即可使得发光二极管的外部量子效率最佳化。
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，但是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 (36)
1、一种发光二极管，架构于一基底上，其特征在于其结构至少包括：
一缓冲层，位于该基底上；
一下束缚层，位于该缓冲层上，且该缓冲层与下束缚层的界面为规律性的一第一粗糙面；
一主动层，位于该下束缚层上，且该下束缚层与该主动层的界面为规律性的一第二粗糙面；
一上束缚层，位于该主动层上，且该主动层与该上束缚层的界面为规律性的一第三粗糙面；
一阳极电极，位在该上束缚层上，且该上束缚层与该阳极电极的界面为规律性的一第四粗糙面；以及
一阴极电极，位于该缓冲上，且与该上束缚层、该下束缚层、该主动层以及该阳极电极相隔离，其中该缓冲层与该阴极电极的界面为规律性的一第五粗糙面。
2、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的基底与该缓冲层的界面为规律性的一第六粗糙面。
3、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其更包括：
一晶核层，位于该基底与该下束缚层之间；以及
一接触层，位于该上束缚层与该阳极电极之间。
4、根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于其中所述的基底与该晶核层的界面为规律性的一第七粗糙面。
5、根据权利要求4所述的发光二极管，其特征在于其中所述的晶核层与该下束缚层的界面为规律性的一第八粗糙面。
6、根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于其中所述的晶核层材质包括AluInvGa1-u-vN(u，v≥0；0≤u+v≤1)。
7、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的缓冲层的材质包括AlcIndGa1-c-dN(c，d≥0；0≤c+d＜1)的未掺杂材质。
8、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的基底的材质包括氧化铝、碳化硅、氧化锌、硅基底、磷化镓、砷化镓其中之一。
9、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的主动层的材质包括以III-V族元素为主的一量子井结构。
10、根据权利要求9所述的发光二极管，其特征在于其中所述的量子井结构包括AlaInbGa1-a-bN/AlxInyGa1-x-yN，其中a，b≥0；0≤a+b＜1；x，y≥0；0≤x+y＜1；x＞c＞a。
11、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的阴极电极的材质至少包括Ti/Al、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Pt/Au、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Pd/Au、Ti/Al/Cr/Au、Ti/Al/Co/Au、Cr/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Pd/Au、Cr/Ti/Au、Cr/TiWx/Au、Cr/Al/Cr/Au、Cr/Al/Pt/Au、Cr/Al/Pd/Au、Cr/Al/Ti/Au、Cr/Al/Co/Au、Cr/Al/Ni/Au、Pd/Al/Ti/Au、Pd/Al/Pt/Au、Pd/Al/Ni/Au、Pd/Al/Pd/Au、、Pd/Al/Cr/Au、Pd/Al/Co/Au、Nd/Al/Pt/Au、Nd/Al/Ti/Au、Nd/Al/Ni/Au、Nd/Al/Cr/Au Nd/Al/Co/A、Hf/Al/Ti/Au、Hf/Al/Pt/Au、Hf/Al/Ni/Au、Hf/Al/Pd/Au、Hf/Al/Cr/Au、Hf/Al/Co/Au、Zr/Al/Ti/Au、Zr/Al/Pt/Au、Zr/Al/Ni/Au、Zr/Al/Pd/Au、Zr/Al/Cr/Au、Zr/Al/Co/Au、TiNx/Ti/Au、TiNx/Pt/Au、TiNx/Ni/Au、TiNx/Pd/Au、TiNx/Cr/Au、TiNx/Co/Au TiWNx/Ti/Au、TiWNx/Pt/Au、TiWNx/Ni/Au、TiWNx/Pd/Au、TiWNx/Cr/Au、TiWNx/Co/Au、NiAl/Pt/Au、NiAl/Cr/Au、NiAl/Ni/Au、NiAl/Ti/Au、NiAl/Pt/Au、Ti/NiAl/Ti/Au、Ti/NiAl/Ni/Au、Ti/NiAl/Cr/Au其中之一。
12、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的阳极电极的材质包括Ni/Au、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/Co、Pd/Au、Pt/Au、Ti/Au、Cr/Au、Sn/Au、Ta/Au、TiN、TiWNx以及WSix其中之一。
13、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的阳极电极的材质包括一N型透明导电氧化层与一P型透明导电氧化层其中之一。
14、根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于其中所述的N型透明导电氧化层包括ITO、CTO、ZnO∶Al、ZnGa2O4、SnO2∶Sb、Ga2O3∶Sn、AgInO2∶Sn以及In2O3∶Zn其中之一。
15、根据权利要求13所述的发光二极管，其特征在于其中所述的P型透明导电氧化层包括CuAlO2、LaCuOS、NiO、CuGaO2以及SrCu2O2其中之一。
16、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的第一粗糙面、第二粗糙面、第三粗糙面、第四粗糙面以及第五粗糙面的图案包括复数条沟渠。
17、根据权利要求16所述的发光二极管，其特征在于其中所述的该些沟渠之间的间距在1-10微米之间。
18、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的第一粗糙面、第二粗糙面、第三粗糙面、第四粗糙面以及第五粗糙面的图案包括复数个开口。
19、根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于其中所述的该些开口的形状包括沟渠型、圆形、方形、椭圆形、三角形其中之一。
20、根据权利要求18所述的发光二极管，其特征在于其中所述的该些开口之间的间距在1-10微米之间。
21、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于其中所述的下束缚层的材质包括N型掺杂的氮化镓以及该上束缚层的材质包括P型掺杂的氮化镓。
22、一种发光二极管的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：
提供一基底；
对该基底进行一表面处理，使该基底的表面成为规律性的一粗糙面；
在该基底上依序形成共形的一下束缚层、一主动层以及一上束缚层；
在该上束缚层上形成一阳极电极；以及
在该下束缚层上形成一阴极电极，且该阴极电极与该上束缚层、该主动层与该阳极电极互相隔离。
23、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中对该基底进行该表面处理的步骤包括施行一微影/蚀刻制程。
24、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中对该基底进行该表面处理的步骤包括：
在该基底上形成一沉积层；以及
对该沉积层施行一微影/蚀刻制程。
25、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的粗糙面的图案包括复数条沟渠。
26、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的粗糙面的图案包括复数个开口。
27、根据权利要求26所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的该些开口的形状包括圆形、方形、椭圆形、三角形其中之一。
28、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中对该基底进行该表面处理之后，更包括：
在该基底上形成一晶核层；以及
在该晶核层上形成一缓冲层。
29、根据权利要求22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中在该上束缚层上形成该阳极电极之前，更包括形成一接触层于该上束缚层上。
30、一种发光二极管的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：
提供一基底；
在该基底上形成一缓冲层；
对该缓冲层进行一表面处理，使该缓冲层的表面成为规律性的一粗糙面；
在该缓冲层上依序形成共形的一下束缚层、一主动层以及一上束缚层；
在该上束缚层上形成一阳极电极；以及
在该缓冲层上形成一阴极电极，且该阴极电极与该上束缚层、该下束缚层、该主动层以及该阳极电极互相隔离。
31、根据权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中对该缓冲层进行该表面处理的步骤包括施行一微影制程。
32、根据权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的粗糙面的图案包括复数条沟渠。
33、根据权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的粗糙面的图案包括复数个开口。
34、根据权利要求33所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中所述的该些开口的形状包括圆形、方形、椭圆形、三角形其中之一。
35、根据权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中在该基底上形成该缓冲层之前，更包括在该基底上形成一晶核层。
36、根据权利要求30所述的发光二极管的制造方法，其特征在于其中在该上束缚层上形成该阳极电极之前，更包括形成一接触层于该上束缚层上。
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