TW201427084A

TW201427084A - 發光二極體及其製造方法

Info

Publication number: TW201427084A
Application number: TW101148886A
Authority: TW
Inventors: Chih-Chen Lai
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-01
Also published as: TWI539626B

Abstract

一種發光二極體，包括半導體發光結構，該發光二極體的發光結構上還設置有多個柱體，每一個柱體包括依次堆疊在發光結構上的多個透光層，且該多個透光層的折射率沿遠離發光結構的方向遞減。

Description

發光二極體及其製造方法

本發明涉及一種發光二極體及其製造方法。

近年來，隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入以及發光二極體(LED)製造工藝的不斷改進，發光二極體的發光效率以及色彩方面均取得了相當大的突破，使發光二極體應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。

然而，發光二極體產生的光只有在小於臨界角的情況下才能射出至外界，否則由於內部反射等原因，大量的光將在發光二極體內部損失掉，無法射出至外界，導致發光二極體的出光率低下，亮度不高。

有鑒於此，有必要提供一種高光萃取效率的發光二極體及其製造方法。

一種發光二極體製造方法，其包括步驟：第一步，提供一半導體發光結構，在該發光結構上依次形成折射率遞增的多個透光層，以使該多個透光層覆蓋該發光結構；第二步，在最上方的透光層上沉積一層薄膜；第三步，圖案化蝕刻薄膜，以局部暴露出位於薄膜下方的、依次堆疊在發光結構上的多個透光層；第四步，蝕刻未被薄膜覆蓋的、依次堆疊在發光結構上的多個透光層；第五步，移除剩餘的薄膜。

與現有技術相比，採用上述方法製造的發光二極體，其發光結構上堆疊有多個折射率遞減的柱體，從而緩解發光結構與空氣二者之間的折射率差異，使得先穿過該柱體再進入空氣的光線較難發生全反射，進而有效減少全反射現象以提高光萃取效率。

下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。

參見圖1，本發明實施例提供的發光二極體包括發光結構11以及設置在發光結構11上的多個柱體12。

該發光結構11為半導體發光二極體的發光結構，用於在被施加正向電壓後發出光線。該發光結構11具有一用於出射光線的上表面110。本實施例中，該發光結構11為氮化鎵(GaN)發光結構。

該多個柱體12形成在發光結構11的上表面110上。每個柱體12包括依次堆疊在上表面110上的多個透光層，且該多個透光層的折射率沿遠離發光結構11的方向遞減。

本實施例中，每個柱體12包括依次堆疊在上表面110上的第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124、第四透光層126，該第一透光層120的折射率大於第二透光層122、該第二透光層的折射率大於第三透光層124、且該第三透光層124的折射率大於第四透光層126。所述第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124、第四透光層126均為由二氧化鈦(TiO₂)與二氧化矽(SiO₂)製成的複合電介質層，通過控制各個透光層中二氧化鈦與二氧化矽的摻雜比例，便可使得第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124、第四透光層126分別具有不同的折射率、並遵從該多個透光層的折射率沿遠離發光結構11的方向遞減的規律。

由於本實施例中所述發光結構11為氮化鎵發光二極體結構，因此，所述多個透光層的折射率範圍優選被設置成為1.4~2.4，即：該多個透光層的折射率均大於或等於1.4、且均小於或等於2.4。具體的，本實施例中，第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124和第四透光層126的折射率依次為2.4、2.2、2.0和1.8。

該種發光二極體的發光結構11上堆疊有多個折射率遞減的柱體12，從而緩解發光結構11與空氣二者之間的折射率差異，使得來自發光結構11的光線先穿過該柱體12再進入空氣，從而較難發生全反射，進而有效減少全反射現象以提高光萃取效率。

另外，參見圖2，由於各柱體12均具有柱體側面，使得部分來自發光結構11的光線在穿過該柱體12時會入射至柱體側面與空氣的交界面，而該部分光線的入射角如果小於該介面全反射的臨界角，則能夠從柱體側面出射，從而該柱體12的側面增加了發光二極體的可出光區域的面積，進一步提高發光二極體的光萃取效率。

本發明實施例還提供一種發光二極體的製造方法，具體描述如下。

第一步，提供一半導體發光結構11，在該發光結構11上依次形成折射率遞增的多個透光層，以使該多個透光層覆蓋該發光結構11。

參見圖3，本實施例中提供四個依次堆疊在發光結構11的上表面110的透光層：第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124、第四透光層126。該第一透光層120、第二透光層122、第三透光層124、第四透光層126均為由二氧化鈦與二氧化矽製成的複合電介質層，且四者中二氧化鈦與二氧化矽的摻雜比例不同，從而使得該第一透光層120的折射率大於第二透光層122、該第二透光層的折射率大於第三透光層124、且該第三透光層124的折射率大於第四透光層126。

第二步，在最上方的透光層上沉積一層薄膜13。

參見圖4，本實施例中，薄膜13是採用濺鍍的方法在最上方的透光層，即第四透光層126上沉積而成。該薄膜13覆蓋整個第四透光層126。本實施例中該薄膜13為氧化銦錫薄膜。

第三步，圖案化蝕刻薄膜13，以局部暴露出位於薄膜13下方的、依次堆疊在發光結構11上的多個透光層。

參見圖5，該步驟蝕刻掉薄膜13的部分區域後，暴露出位於薄膜13下方的第四透光層126。本實施例中，該步驟採用甲烷（CH₄）、氫氣（H₂）以及氯氣（Cl₂）的混合氣體來蝕刻材質為氧化銦錫的薄膜13。

第四步，蝕刻未被薄膜13覆蓋的、依次堆疊在發光結構上的多個透光層。

參見圖6，該步驟從第四透光層126開始，由上至下依次蝕刻第四透光層126、第三透光層124、第二透光層122、第一透光層120，從而形成多個柱體12。本實施例中，該步驟採用三氟甲烷（CHF₃）氣體來幹蝕刻第四透光層126、第三透光層124、第二透光層122以及第一透光層120。

第五步，移除剩餘的薄膜13。

待薄膜13被移除後，則得到如圖1所示的發光二極體結構。本步驟中，氧化銦錫材質的薄膜13可以採用甲烷、氫氣以及氯氣的混合氣體來蝕刻去除。

需要說明的是，上述各透光層採用二氧化鈦與二氧化矽製作的方案僅為本案提供的一個可供實施的技術方案，但並該多個透光層並不限於由上述兩種材料製作，只要保證多個透光層的折射率沿遠離發光結構11的方向遞減即可達到降低折射率差異、提高光萃取效率的效果。

此外，多個透光層的折射率可優選為但不局限於“均小於發光結構的折射率，且均大於空氣的折射率”，其他參數設置情況，如“第一透光層120的折射率大於發光結構的折射率”也是可行的。

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爰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。

11．．．發光結構

110．．．上表面

12．．．柱體

120．．．第一透光層

122．．．第二透光層

124．．．第三透光層

126．．．第四透光層

13．．．薄膜

圖1為本發明實施方式提供的發光二極體的剖面結構示意圖。

圖2為本發明實施方式提供的發光二極體的局部放大光路示意圖。

圖3為本發明實施方式提供的發光二極體製造方法的第一步示意圖。

圖4為本發明實施方式提供的發光二極體製造方法的第二步示意圖。

圖5為本發明實施方式提供的發光二極體製造方法的第三步示意圖。

圖6為本發明實施方式提供的發光二極體製造方法的第四步示意圖。