TW201340388A - 發光二極體晶粒及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體晶粒，包括發光結構、形成於發光結構上的透明導電層、以及第一電極和第二電極，所述透明導電層上形成有透明保護層，該透明保護層上形成有複數個穿孔，所述透明導電層經由穿孔裸露於透明保護層之外，裸露於穿孔的透明導電層的表面形成有微結構，改善出光效率。本發明還涉及一種發光二極體晶粒的製造方法。
Description
本發明涉及半導體結構，尤其涉及一種發光二極體晶粒結構，還涉及一種發光二極體晶粒的製造方法。
半導體發光二極體的發展已有數十年歷史，其發光效率的改善一直為發光二極體的關鍵技術。因此，多年來發光二極體的發展方向仍然致力於發光效率的提升上，發光效率的影響因素一般包括選用的半導體材料、元件結構的設計、透明度及全反射現象。
習知技術中的發光二極體晶粒通常在發光結構的上層形成透明導電層以改善電流擴散效果，有些還進一步在透明導電層表面形成透明保護層，以進一步保護晶粒的各項特性。然而不論是透明保護層還是透明導電層，由於其材質特性，發光結構發射出的光線射向出光面時常常會因為全反射而降低整個發光二極體晶粒的光萃取效率。如何提高發光二極體晶粒的光萃取效率一直是業界關注的問題。
有鑒於此，有必要提供一種提高光萃取效率的發光二極體晶粒及其製造方法。
一種發光二極體晶粒，包括發光結構、形成於發光結構上的透明導電層、以及第一電極和第二電極，所述透明導電層上形成有透明保護層，該透明保護層上形成有複數個穿孔，所述透明導電層經由穿孔裸露於透明保護層之外，裸露於穿孔的透明導電層的表面形成有微結構。
一種發光二極體晶粒的製造方法，包括以下步驟：
提供一發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括透明導電層和覆蓋於透明導電層上的透明保護層；
在透明保護層上開設複數個穿孔，以使穿孔底部裸露出透明導電層；
對穿孔底部裸露出的透明導電層表面進行粗化以形成微結構。
上述發光二極體晶粒中在透明導電層上面生長的透明保護層上開設穿孔，使透明導電層從穿孔中裸露出，並對裸露出的透明導電層進行粗化形成微結構，從而使有源層發出的光線正向出射時經過微結構的多角度反射和折射，從而避免在平滑的出光面上形成全反射，進而提高出光的效率，提升發光二極體晶粒的亮度。
下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。
請參閱圖1，本發明第一實施方式提供的發光二極體晶粒10為水平式結構，其包括發光結構、依次形成於發光結構上的透明導電層15和透明保護層16、以及第一電極17和第二電極18。該發光結構包括基底11、依次在基底11上生長的第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14。
所述基底11的材料可以為藍寶石（Al2O3）、碳化矽（SiC）、矽（Si）、氮化鎵（GaN）或氧化鋅（ZnO）中的一種，具體選擇可根據所需要達到的物理性能和光學特性以及成本預算而定。
所述第一半導體層12、有源層13、第二半導體層14依次形成於基底11上。所述第一半導體層12與第二半導體層14為不同摻雜型半導體層，如氮化鎵系半導體層。本實施方式中，第一半導體層12為N型氮化鎵層，第二半導體層14為P型氮化鎵層。在其他實施方式中，第一半導體層12也可以為P型氮化鎵層，第二半導體層14為N型氮化鎵層。其中，基底11與第一半導體層12之間可選擇性的設一緩衝層111，用以減少磊晶過程中產生的晶格缺陷。該緩衝層111可採用氮化鎵（GaN）或氮化鋁（AlN）。
請同時參閱圖2，所述第一半導體層12遠離基底11的表面包括一個裸露的第一區域121和一個被有源層13覆蓋的第二區域122。所述有源層13和第二半導體層14依次形成於第一半導體層12的表面的第二區域122上。請同時參閱圖2，在本實施方式中，該第一區域121位於第一半導體層12的一角。可以理解，所述第一區域121的形狀並不限於本實施方式中所述的位於第一半導體層12的一角，例如，所述第一區域121還可以為一個環繞第二區域122的環狀區域。
所述有源層13可為雙異質結構、單量子阱結構或多量子阱結構等。
所述透明導電層15生長於第二半導體層14的上面，用於提高達到第二半導體層14的電流的擴散性能，該透明導電層15的材料可以是氧化銦錫（ITO）。
所述電極包括第一電極17和第二電極18，第一電極17形成於第二半導體層14上的透明導電層15上，第二電極18形成在第一半導體層12上的第一區域121。
所述透明保護層16上開設有一通孔162，使第一電極17形成與該通孔162中，該第一電極17的底部與透明導電層15接觸，其頂部裸露於透明保護層16的外部，以使能夠導電的透明導電層15上覆蓋一層保護物質，從而在不對出光造成阻礙的同時防止在裝夾或轉移的過程中對發光二極體晶粒10產生損害或污染。該透明保護層16使第一電極17裸露在外，以使第一電極17可以與外界打線連接從而為發光二極體晶粒提供電能。該透明保護層16為絕緣材料，其可採用透明的二氧化矽（SiO2）、氮化矽（SiN）、類鑽碳薄膜等材料製成，從而進一步使發光二極體晶粒10不受電性干擾和損害。當然，在其他實施方式中，該透明保護層16還可以進一步覆蓋於該發光二極體晶粒10的側面和底面，進而使整個發光二極體晶粒10不受外界電性或環境等干擾以影響發光二極體晶粒10的品質。
請同時參閱圖2和圖3，該透明保護層16上開設有複數個穿孔161，透明保護層16下層的透明導電層15經由穿孔161裸露於空氣中。在本實施方式中，每一該穿孔161的開口面積大於8平方微米（μm2）。裸露在穿孔161中的透明導電層15上表面形成有微結構151。該微結構151可以為顆粒狀、斜紋狀或其他形狀，具體可根據所需要達到的效果設計。在本實施方式中，該微結構151為顆粒狀，每一顆粒的體積小於1立方微米（μm3）。自有源層13發出的光線在向上射出的過程中經過微結構151時進行多角度的折射，從而避免透明導電層15上表面過於平滑而造成的全反射現象，提高正向出光的效率，進而提高發光二極體晶粒10的亮度。該透明導電層15僅在局部區域(即穿孔161底部)進行粗化可兼顧電流傳導能力及提升亮度的功效。該透明保護層16的設置除了起到保護發光二極體晶粒10的作用之外，在透明導電層15上形成粗化的微結構151的過程中也起到光罩的作用。
請參閱圖4，本發明第二實施方式提供的發光二極體晶粒20為垂直式結構，其包括基底21、依次在基底21上生長的第一半導體層22、有源層23、第二半導體層24、透明導電層25、透明保護層26、以及位於透明保護層26一側的第一電極27和位於基底21一側的第二電極28。該第二實施方式的發光二極體晶粒20與第一實施方式的發光二極體晶粒10的區別在於：有源層23完全覆蓋第一半導體層22，第二電極28與第一電極27不同側。
第二實施方式的發光二極體晶粒20中的透明保護層26和透明導電層25同第一實施方式的發光二極體晶粒10中的透明保護層16和透明導電層15的結構相同，也在透明保護層26上形成穿孔261，並將經由穿孔261裸露出的透明導電層25上表面粗化形成微結構251。因此自有源層23發出的光線正向射出時經過微結構251的多角度折射，避免過於平滑的透明導電層25上表面對正向出射光線的全反射作用，進而提高正向出光的效率，使發光二極體晶粒20的亮度提升。
請參閱圖5，本發明實施方式提供的一種發光二極體晶粒的製造方法包括以下幾個步驟：
提供一發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括透明導電層15、和覆蓋於透明導電層15上的透明保護層16；
在透明保護層16上開設複數個穿孔161，以使穿孔161底部裸露出透明導電層15；
對穿孔161底部裸露出的透明導電層15表面進行粗化以形成微結構151。
在本實施方式中，第一半導體層12和第二半導體層14可分別為N型半導體層和P型半導體層，當然在其他實施方式中，兩者可以調換。
在前述製作步驟中，在透明保護層16上開設複數個穿孔161的步驟可採用黃光製程、幹/濕蝕刻等方式。在透明保護層16上形成穿孔161後可繼續採用蝕刻的方式在透明導電層15的表面形成為微結構151，如採用鹽酸、硫酸、草酸、磷酸、氫氟酸等化學溶液對穿孔161內的透明導電層15進行蝕刻，還可以採用離子轟擊等方式。該微結構151的具體圖案和形狀可藉由調整光罩的形狀、排列來控製。
進一步的，上述製作過程完成後還可包括形成電極的步驟：
在透明保護層16上開設通孔162，將第一電極17形成於該通孔162中；
在第一半導體層12上形成第二電極18。
所述通孔162可採用蝕刻的方式形成，以將透明導電層15自通孔162裸露出，從而在通孔162中形成第一電極17，使第一電極17的底部與透明導電層15接觸、頂部裸露於透明保護層16之外，以供打線連接從而與外界電連接，以為發光二極體晶粒提供電能。
本發明的發光二極體晶粒10、20在透明導電層15上面生長的透明保護層16上開設穿孔161，使透明導電層15從穿孔161中裸露出，並對裸露出的透明導電層15進行粗化形成微結構151，從而使有源層13、23發出的光線正向出射時經過微結構151的多角度折射，從而避免在平滑的透明導電層15上表面形成全反射，進而提高出光的效率，提升發光二極體晶粒10、20的亮度。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10、20．．．發光二極體晶粒
11、21．．．基底
111．．．緩衝層
12、22．．．第一半導體層
121．．．第一區域
122．．．第二區域
13、23．．．有源層
14、24．．．第二半導體層
15、25．．．透明導電層
151、251．．．微結構
16、26．．．透明保護層
161、261．．．穿孔
162．．．通孔
17、27．．．第一電極
18、28．．．第二電極
圖1係本發明第一實施方式提供的一種發光二極體晶粒的剖面示意圖。
圖2係本發明第一實施方式提供的一種發光二極體晶粒的俯視示意圖。
圖3係圖1中透明導電層及其上層部分的局部放大圖。
圖4係本發明第二實施方式提供的一種發光二極體晶粒的剖面示意圖。
圖5係本發明一實施方式提供的一種發光二極體晶粒的製造方法流程圖。
10．．．發光二極體晶粒
11．．．基底
111．．．緩衝層
12．．．第一半導體層
121．．．第一區域
122．．．第二區域
13．．．有源層
14．．．第二半導體層
15．．．透明導電層
151．．．微結構
16．．．透明保護層
161．．．穿孔
162．．．通孔
17．．．第一電極
18．．．第二電極
Claims (10)
- 一種發光二極體晶粒，包括發光結構、形成於發光結構上的透明導電層、以及第一電極和第二電極，其改良在於：所述透明導電層上形成有透明保護層，該透明保護層上形成有複數個穿孔，所述透明導電層經由穿孔裸露於透明保護層之外，裸露於穿孔的透明導電層的表面形成有微結構。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述第一電極形成在透明導電層上，所述透明保護層環繞第一電極並使第一電極裸露於透明保護層之外。
- 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶粒，其中，所述透明保護層為絕緣材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，每一穿孔的開口面積大於8平方微米。
- 如申請專利範圍第2項所述的發光二極體晶粒，其中，所述微結構為顆粒狀，各顆粒的體積小於1立方微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，該微結構為斜紋狀。
- 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體晶粒，其中，所述發光結構包括基底、依次在基底上生長的第一導電層、有源層和第二導電層，所述第一導電層為N型氮化鎵層，第二導電層為P型氮化鎵層。
- 一種發光二極體晶粒的製造方法，包括以下步驟：
提供一發光二極體晶粒，該發光二極體晶粒包括透明導電層和覆蓋於透明導電層上的透明保護層；
在透明保護層上開設複數個穿孔，以使穿孔底部裸露出透明導電層；
對穿孔底部裸露出的透明導電層表面進行粗化以形成微結構。 - 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，還包括在透明保護層中形成通孔，在通孔中形成第一電極的步驟，第一電極形成與該通孔之中，底部與透明導電層接觸、頂部裸露出透明保護層。
- 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體晶粒的製造方法，其中，所述透明導電層為絕緣材料。
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