TW201442281A - 發光二極體晶粒 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體晶粒，包括基板、形成在基板上的電學層及設置在電學層上的兩電極，所述電學層包括一承載面，所述承載面上形成複數微結構，每一微結構沿電學層形成方向上的剖面呈三角形，所述微結構包括一頂面，所述頂面相對所述承載面為一斜面。
Description
本發明涉及一種半導體元件，尤其涉及一種發光二極體晶粒。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)是一種可將電流轉換成特定波長範圍的光的半導體元件。發光二極體以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域。
習知的發光二極體晶粒通常包括基板以及在基板表面形成的半導體發光結構，該半導體發光結構包括一承載面。為了避免光線在到達承載面時發生全反射現象而被反射回發光二極體晶粒內部，業界通常會利用黃光制程在發光二極體晶粒的承載面上製作圖案化結構，以破壞承載面的全反射條件，提高出光效率。然而上述結構存在以下問題：傳統的黃光制程僅能將該承載面製作成平臺狀圖案，半導體發光結構發出的光線仍會容易在平臺頂面處發生全反射而無法出射，從而無法大幅度提升發光二極體晶粒的出光效率。
鑒於此，有必要提供一種具有較高出光效率的發光二極體晶粒。
一種發光二極體晶粒，包括基板、形成在基板上的電學層及設置在電學層上的兩電極，所述電學層包括一承載面，所述承載面上形成複數微結構，每一微結構沿電學層形成方向上的剖面呈三角形，所述微結構包括一頂面，所述頂面相對所述承載面為一斜面。
本發明通過在電學層的承載面上進一步形成複數剖面呈三角形的微結構，與傳統平臺狀的微結構相比，當自電學層發出的光線進入微結構後，由於頂面由水平面變為斜面，使得與頂面垂直的法線角度發生變化，部分原本發生全反射的光線與法線之間的入射角減小至小於全反射臨界角，使得該部分光線不會發生全反射進而從微結構的頂面出射，從而提高所述發光二極體晶粒的出光效率。
100．．．發光二極體晶粒
10．．．基板
20．．．電學層
21．．．第一半導體層
22．．．發光層
23．．．第二半導體層
24．．．導電層
25、25a．．．承載面
26．．．電絕緣層
31．．．第一電極
32．．．第二電極
40．．．微結構
41．．．底面
42．．．側面
43．．．頂面
A．．．形成方向
圖1為本發明的發光二極體晶粒一較佳實施例的示意圖。
圖2為圖1所示發光二極體晶粒的局部放大示意圖。
圖3為本發明所示發光二極體晶粒另一較佳實施例的示意圖。
如圖1所示，為本發明第一實施例提供的發光二極體晶粒100，其包括：一基板10、形成在基板10上的電學層20、形成在電學層20上的第一電極31和第二電極32、及形成在電學層20上的複數微結構40。
所述基板10呈規則的平板狀，其可由藍寶石(sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)或氮化鎵(GaN)等材料製成，本實施例中優選為藍寶石。
電學層20包括依次形成在基板10上的第一半導體層21、發光層22、第二半導體層23，及形成在第二半導體層23上的導電層24。具體的，第一半導體層21、發光層22、第二半導體層23及導電層24採用金屬有機氣相沉積方法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy; MBE)或氫化物氣相磊晶法(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE)等方式依次形成在基板10上。
導電層24、第二半導體層23及發光層22的一側(即圖1中的右側)被自上向下蝕刻而使第一半導體層21的一側裸露以承載第一電極31。本實施例中第一半導體層21優選為N型氮化鎵層，發光層22優選為多重量子阱(muti-quantum well)層，第二半導體層23優選為P型氮化鎵層。該導電層24的表面形成一承載面25。該導電層24可採用氧化銦錫(ITO)、鎳金合金(Ni/Au)等材料製作，優選採用氧化銦錫，以降低對出光造成的阻礙。
該第二電極32形成在該導電層24的頂面上。第一電極31和第二電極32可利用真空蒸鍍或濺鍍的方法形成。該導電層24確保電流均勻地從第二電極32輸入第二半導體層23內部。
所述微結構40自該導電層24的承載面25向外凸伸形成。該複數微結構40設置在該導電層24的表面上。這些微結構40通過納米印刷技術形成。該微結構40可採用矽氧化物（SiOx）、氮矽化合物（SiNx）、氧化銦錫(ITO)、環氧材料（epoxy）、矽（silicon）等透明材料製成。
請參閱圖2，本實施例中，每一微結構40沿電學層20形成方向A上的剖面呈直角三角形。每一微結構40包括貼合承載面25的底面41，與該承載面25垂直的側面42及連接底面41和側面42自由端的頂面43。其中，所述底面41和側面42相互垂直。底面41和側面42的尺寸依據生物（如螢火蟲）表面結構的比例進行仿生物設計。所述頂面43為一斜面。與平臺狀的微結構相比，當自電學層20發出的光線到達頂面時43，由於頂面由平臺狀變為斜面，使得與頂面垂直的法線角度發生變化，部分原本發生全反射的光線與法線之間的入射角減小至小於全反射臨界角，使得該部分光線不會發生全反射而從微結構40的頂面43出射，從而提高所述發光二極體晶粒100的出光效率。可以理解的，該複數微結構40可根據出光方向的需求對應設置頂面43的朝向。其他實施例中，所述微結構40也可不為直角三角形，只需保證自電學層20發出的光線經微結構41進入，進而從側面42和頂面43出射即可。
請參閱圖3，還可在所述導電層24的表面至外露的第一半導體層21表面形成一電絕緣層26。該電絕緣層26用於避免第一電極31和第二電極32出現短路現象。該電絕緣層26的材質可採用二氧化矽（SiO2）。當然，所述電絕緣層26也可設置成包覆該發光二極體晶粒100除第一電極31和第二電極32以外的所有表面。此時，電絕緣層26的表面形成所述承載面25a，所述複數微結構40形成在所述承載面25a上。
本發明利用納米印刷制程在承載面25、25a上形成複數剖面呈三角形的微結構40。與傳統平臺狀的微結構相比，當自電學層20發出的光線到達頂面43時，由於頂面43由水平面變為斜面，使得與頂面43垂直的法線角度發生變化，部分原本發生全反射的光線與法線之間的入射角減小至小於全反射臨界角，使得該部分光線不會發生全反射進而從微結構40的頂面43出射，從而提高所述發光二極體晶粒100的出光效率。
應該指出，上述實施方式僅為本發明的較佳實施方式，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
100．．．發光二極體晶粒
10．．．基板
20．．．電學層
21．．．第一半導體層
22．．．發光層
23．．．第二半導體層
24．．．導電層
25．．．承載面
31．．．第一電極
32．．．第二電極
40．．．微結構
A．．．形成方向
Claims (9)
- 一種發光二極體晶粒，包括基板、形成在基板上的電學層及設置在電學層上的兩電極，所述電學層包括一承載面，其改良在於：所述承載面上形成複數微結構，每一微結構沿電學層形成方向上的剖面呈三角形，所述微結構包括一頂面，所述頂面相對承載面為一斜面。
- 如申請專利範圍第1項之發光二極體晶粒，其中，所述微結構自電學層的承載面向外凸伸形成。
- 如申請專利範圍第2項之發光二極體晶粒，其中，每一微結構包括位於該承載面上的一底面和與該底面相接的側面，所述頂面連接所述底面和側面，所述電學層發出的光線經底面進入所述微結構，並經所述頂面和側面出射。
- 如申請專利範圍第3項之發光二極體晶粒，其中，所述微結構沿電學層形成方向上的剖面呈直角三角形，所述底面與所述側面垂直。
- 如申請專利範圍第1項之發光二極體晶粒，其中，所述電學層包括依次形成在基板上的第一半導體層、發光層、第二半導體層及導電層，所述兩電極分別設置在第一半導體層和導電層上，所述導電層的表面形成所述承載面。
- 如申請專利範圍第5項之發光二極體晶粒，其中，所述第一半導體層為N型氮化鎵層，所述發光層為多重量子阱層，所述第二半導體層為P型氮化鎵層，所述導電層為氧化銦錫層。
- 如申請專利範圍第1項之發光二極體晶粒，其中，所述電學層包括依次形成在基板上的第一半導體層、發光層、第二半導體層、導電層及電絕緣層，所述兩電極分別設置在第一半導體層和導電層上，所述電絕緣層的表面形成所述承載面。
- 如申請專利範圍第7項之發光二極體晶粒，其中，所述第一半導體層為N型氮化鎵層，所述發光層為多重量子阱層，所述第二半導體層為P型氮化鎵層，所述導電層為氧化銦錫，所述電絕緣層為二氧化矽。
- 如申請專利範圍第1項之發光二極體晶粒，其中，所述微結構為透明結構，所述微結構採用矽氧化物、氮矽化合物、氧化銦錫、環氧材料、矽材料製成。
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