TW578319B - Light emitting diode having anti-reflection layer and method of making the same - Google Patents
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578319 五、發明說明(1) 發明所屬之技術領域: 本,明係有關於一種發光二極體之結構及其製造方法,特 別是有關於一種具有抗反射層之發光二極體之結構及其製 造方法。 先前技術: 傳統的構化銘鎵銦(AlGalnP)發光二極體的元件結構如第! 圖中所繪不。第1圖中的結構可以如下製程來形成。首先, 依序在基板10(其材質為!!型砷化鎵(GaAs))上磊晶緩衝層 20(其材質為η型砷化鎵)、侷限層3〇(其材質為寬能隙11型磷 化鋁鎵銦)、主動層40(其材質為窄能隙單層或多重量子井 填化銘鎵銦)、侷限層5〇(其材質為寬能隙ρ型磷化鋁鎵 銦)、以及視窗層60(Window Layer,其材質為ρ型的填化鎵 (GaP))。然後’分別沈積p型之歐姆金屬電極7〇與11型之歐 姆金屬電極80於一部分之視窗層6〇上與基板1〇之下表面 上。 上述習知以峨化鋁鎵銦相關材料為主之發光二極體中多使 用礙化鎵為視窗層60之材料。然而,由於破化鎵的折射係 數(Refractive Index)約為3,而與空氣的折射係數相差過 大,因此在發光一極體未封裝前’大部分從主動層40產生 的光子在視窗層60與空氣的接面處,將會被全反射,進而 使這些光子在發光二極體被吸收。此外,儘管上述發光二 極體之封裝一般係使用環氧樹脂材料來進行,然而環氧樹 脂材料的折射係數約為1.5,而與形成視窗層6〇之鱗化鎵材 料的折射係數之差值仍然過大。因此,有必要尋求解決之
第5頁 五、發明說明(2) 道° 發明内容: 鐾於上述之發明背景中習知 點,因此本發明之一二=匕銘鎵姻發光二極艘之缺 極體及其製造方法,可種具抗反射層之發光二 藉乂減少發光二極體所產生的光子 在視®層與空軋的接面處被全反 本發明之另一目的為提供一種 ^ ^ 種具抗反射層之發光二極體及 r反:層的力乂而ώI採用磊晶封裝之晶粒中’將可藉由 發光二極體表面的光反射。 上述目、的,因此本發明提供-種具抗反射層 美;te二筮ί少包括.一第一電性歐姆金屬電極;-ί =ί 歐姆金屬電極上;-半導體蟲晶結 #,φ 1^板上,一視窗層,位於半導體磊晶結構上;一 ί歐姆金屬電極’位於一部分之視窗層1;以及-抗反射層,至少位於另一部分之視窗層上。其巾,上述抗 反射層之折射係數介於3至K5間,且此抗反射層之材質例 如可為氮化矽(Si^)、硒化鋅(ZnSe)、或其它材質等。 依據本發明之上述目的,因此本發明另提供一種具抗反射 層之發光二極體之製造方法至少包括下列步驟。首先,提 供一基板。接著,形成一半導體磊晶結構於基板上。接 著,形成一視窗層於半導體磊晶結構上。接著,分別形成 一第一電性歐姆金屬電極與一第二電性歐姆金屬電極於基 板之一下表面上與一部分之視窗層上。然後,形成一抗反 射層’其中此抗反射層至少位於另一部分之視窗層上。此 578319 五、發明說明(3) 外,本發明之製造方法中形成上述抗反射層之方法例如可 為電衆增盈化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical
Vapor Deposition ;PECVD)、濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍 (Thermal Evaporation)、或電子束蒸鍍(Electr〇n_Beam Evaporation)等。再者,上述抗反射層之折射係數介於3至 1 · 5間,且此抗反射層之材質例如可為氮化矽、硒化辞、或 其它材質等。 實施方式: 本發明係有關於一種具有抗反射層之發光二極體之結構及 其製造方法。只要正、負電極均製作在基板的相異侧發 光二極體均包括在本發明之應用_,而不限ί = 化鋁鎵銦為主之發光二極體。 請參考第2圖所繪示之本發明之一較佳實施例之具有抗反射 層之發光二極體之結構剖面圖。第2圖中的結構可藉由以下 製程來形成。首先,提供基板11〇,其中此基板11〇之材質 例如可為第一電性砷化鎵。接著,形成緩衝層12〇於基板 11 0上,+其中此緩衝層12 〇之材質例如可為第一電性砷化 鎵。接著,形成第一電性侷限層13〇於緩衝層12〇上,其 此第一電性侷限層1 30之材質例如可為寬能隙之第一電性磷 化紹鎵銦。接著,形成主動層14〇於第一電性侷限層13〇 ^丄其中此主動層140之材質例如可為具窄能隙單層或多重 ft井之磷化鋁鎵銦。接著,形成第二電性侷限層1 5〇於主 -隙140/ ’其中此第二電性侷限層150之材質例如可為寬 此隙之第一電性磷化鋁鎵銦。接著,形成視窗層16〇於第二
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電性侷限層1 50上,其中此視窗層i 6 〇之材質例如可為第二 電性磷化鎵。然後,分別形成第一電性歐姆金屬電極丨8〇一與 第二電性歐姆金屬電極170於基板11〇之下表面上與一部分、 之視窗層1 60上。 ~ 然後’形成抗反射層190覆蓋另一部分之視窗層丨6〇上。此 外,抗反射層190亦可如第2圖中所示覆蓋一部分之第二電 性歐姆金屬電極170。至於,形成上述抗反射層19〇之方法 例如可為電漿增益化學氣相沉積、濺鍍、熱蒸鍵、或電子 束蒸鑛等。再者,抗反射層190之折射係數介於3至15間, 且此抗反射層190之材質例如可為氮化矽(其折射係數約為_ 2)、硒化辞、或其它材質等。由於氮化矽與硒化鋅均具有 很好的導熱係數’因此能夠增加可承受的注入電流值。其 中’氮化梦之折射係數在波長為4i3.3nm時為2.066,而其 熱導係數為1 。值得一提的是,上述第一電性可以 為正型或負型,而第二電性則與第一電性相異。 請參考第3圖所繪示之當p型磷化鎵視窗層之厚度為8 時,且改變不同的氮化矽抗反射層之厚度所得之波長與穿 透率之關係圖。其中,第3圖中的橫座標為波長,而縱座標 為穿透率。當p型磷化鎵視窗層之厚度為8//ιη,且改變不同_ 的氮化石夕抗反射層之厚度時,經由理論計算(波長57〇 nm) 後’可由第3圖中看出當氮化矽抗反射層之厚度於波長的 l/4(Quarter Wave Of 〇pticai Thickness ;QWOT)時(即 70.27nm),具有最大的穿透率。 請參考第4圖所緣示之當氮化矽抗反射層之厚度固定在波長
第8頁 578319 五、發明說明(5) Π時’且改變不同的鱗化鎵視窗層之厚度所得之波長與 ΐίίΐ關係圖。其中,第4圖中的橫座標為波長,而縱座 =穿透率。當氮化梦抗反射層之厚度固定在波長的 1/、4(即70·27ηπ〇,且磷化鎵視窗層之厚度分別改變為 m 8 · 5 # m、9 # m、以及1 〇 m時,經由理論計算(波長5 7 〇 nm)後,可由第4圖中看出破化鎵視窗層之厚度的改變並不 會影響穿透率。 請參考第5圖所繪示之當p型磷化鎵視窗層之厚度為8 β瓜 時,且改變不同的抗反射層之材料所得之波長與穿透率之 關係圖。其中,第5圖中的橫座標為波長,而縱座標為穿透 率。當Ρ型碟化鎵視窗層之厚度為8,且改變不同的抗反 射層之材料(分別為氮化矽、二氧化矽(Si〇2)、氧化銦錫 (ITO)、硫化辞(ZnS)、與硒化辞)時,經由理論計算(波長 570 nm)後,可由第5圖中看出當抗反射層之厚度於波長的 1/4時,氮化矽抗反射層具有最大的穿透率。 請參考第6圖所繪示之不具有抗反射層之習知發光二極體與 本發明之具有抗反射層之發光二極體中注入電流與發光強 度之比較關係圖。其中,第6圖中的橫座標為注入發光二極 體中的電流之大小,而縱座標則為發光二極體的發光強 度。第6圖係用於比較傳統形式之發光二極體與具有氮化矽 發光二極體之光輸出,其中所採用的晶粒大小為4〇 mi 1 X 40 mil,而氮化矽之厚度為1/4波長。如第6圖中所示,隨 著注入電流增加至5〇〇 mA,相較於發光波長為629 nm之傳 統發光二極體(無氮化矽抗反射層),發光波長同樣為629
II IIM 第9頁 578319 五、發明說明(6) nm且具有本發明中的氮化矽抗反射層之發光二極體具有29. 4 6%的光輸出增加。同理,隨著注入電流增加至500 mA,相 較於發光波長為590 nm之傳統發光二極體(無氮化石夕抗反射 層),發光波長同樣為590 nm且具有本發明中的氮化矽抗反 射層之發光二極體具有21.2 3%的光輸出增加。 綜上所述,在發光二極體之視窗層上形成材質例如為3“比 之抗反射層的確可大幅提高視窗層與抗反射層之整體穿透 率,因而可增加發光二極體之發光強度。因此,本發明之 一優點為提供一種具抗反射層之發光二極體及其製造方 法,可藉以減少發光二極體所產生的光子在視窗層與空氣 的接面處被全反射的機會。 本發明之另一優點為提供一種具抗反射層之發光二極體及 其製&方法,其中在未採用磊晶封裝之晶粒中,將可藉由 抗反射層的加入而減少發光二極體表面的光反射。 如熟悉此技術之人員所瞭解的 #音A⑻A cr ^只盯啄解的以上所述僅為本發明之較 佳貫施例而已,並非用t 其t夫脫齙太i 卜用限本發明之申請專利範圍;凡 再匕禾脫離本發明所揭示之牆由 ^ , ^ m ^ ^ ^吓殉不之精神下所完成之等效改變或修 飾’均應包含在下述之申請專利範圍内。
I ΙΜ
第10頁 578319
第1圖係、纟會示習左Γ3μ y 筮9 在浴- 碟化铭嫁姻發光二極體之結構剖面圖; -托栌♦沾城本毛明 較佳實施例之具有抗反射層之發光 一棰體之結構剖面圖; ί ^圖^繪不虽p型碟化鎵視窗層之厚度為8_時,且改變 ^ 化石夕抗反射層之厚度所得之波長與穿透率之關係 圖, 圖係繪不當氣化碎抗反射層之厚度固定在波長的1/4 ^變不同的磷化鎵視窗層之厚度所得之波長與穿透 率之關係圖; 第5圖係繪示當ρ型璘化鎵視窗層之厚度⑽㈣時,且改變 不同的抗反射層之材料所^ 耳〜竹付尸/Γ付之疚長與穿透率之關係圖;以 及 第6圖係繪示不具有抗反射層之習知發光二極艎與本發明之 具有抗反射層《發光二㈣中注入電流與發光強纟之比較 關係圖。 圖號對照說明: 30侷限層 40主動層 70歐姆金屬電極 110基板 120緩衝層 1 40主動層 10基板 20緩衝層 50侷限層 60視窗層 1 6 0視窗層 170第二電性歐姆金屬電極180第一電性歐姆金屬電極 190抗反射層 80歐姆金屬電極 130第一電性侷限層 150第二電性侷限層
第11頁
Claims (1)
- 578319 六、申請專利範圍 1· 一種具抗反射層之發光二極體,至少包括: 一第一電性歐姆金屬電極; 一基板’位於該第一電性歐姆金屬電極上; 一半導體遙晶結構,位於該基板上; 一視窗層,位於該半導體磊晶結構上; 一第二電性歐姆金屬電極,位於一部分之該視窗層上;以 及 一抗反射層,至少位於另一部分之該視窗層上。 2·如申請專利範圍第1項所述之具抗反射層之發光二極 體,其中該基板之材質為第一電性砷化鎵(GaAs)。 3·如申請專利範圍第1項所述之具抗反射層之發光二極 體,其中該半導體蟲晶結構至少包括一第一電性侷限層、 一主動層、以及一第二電性侷限層之一堆疊結構。 4·如申請專利範圍第3項所述之具抗反射層之發光二極 體,其中該第一電性侷限層、該主動層、以及該第二電性 侷限層之材質為磷化鋁鎵銦(AlGalnP)。 5·如申請專利範圍第1項所述之具抗反射層之發光一極578319 六、申請專利範圍 體’其中該基板與該半導體m構間更包括—緩衝層 7·如申請專利範圍第6項所述之且y ^ τ 舻,苴由吩祕你《 貝所逆之具抗反射層之發光二極 體,、中3亥緩衝層之材質為第一電性砷化鎵。 折射係數(Ref ract ive Index)介於3 8趙如η利範圍第1項所述之具抗反射層之發光二極 體,其中該抗反射層之 至1 · 5間。 9體如/ΛΊ利錢第8項所述之具抗反射層之發光二極 ,$中該抗反射層之材質為氮化矽(㈣)或硒 C ΖΠοΘ ) ° 1〇·.種具抗反射層之發光二極體之製造方法,至少包 括: 提供一基板; 形成一半導體磊晶結構於該基板上; 形成一視窗層於該半導體磊晶結構上; 分別形成一第一電性歐姆金屬電極與一第二電性歐姆金屬 電極於該基板之一下表面上與一部分之該視窗層上;以及 形成一抗反射層,其中該抗反射層至少位於另一部分之該 視窗層上。 11β如申請專利範圍第10項所述之具抗反射層之發光二極57831^ ^77^利範圍 /雜之製造方法,其中該基板之材質為第一電性砷化鎵。 12•如申請專利範圍第10項所述之具抗反射層之發光二極 艘之製造方法,其中該半導體磊晶結構至少包括一第一電 性侷限層、一主動層、以及,第二電性侷限層之一堆疊結 構0 13·如申請專利範圍第12項所述之具抗反射層之發光二極 體之製造方法,其中該第一電性侷限層、該主動層、以及 該第二電性侷限層之材質為鱗化鋁鎵銦。 B 2·如申請專利範圍第10項所述之具抗反射層之發光二極 之製造方法,其中該視窗層之材質為第二電性磷化鎵。 15 • •申請專利範圍第1 0項所述之具抗反射層之發光二極 之製造方法,其中該基板與該半導體磊晶結構間更包括 一緩衝層。 16·如申請 體之製造方 專利範圍第15項所述之具抗反射層之發光二極 法,其令該緩衝層之材質為第一電性砷化鎵。17 •如申請專利範圍第10項所述之具抗反射層之發光二極 幾,製造方法,其中形成該抗反射層之方法為電漿增益化 予氣相〉冗積(Plasma Enhanced Chemical Vapor第14頁 578319 六、申請專利範圍 Deposition ;PECVD)、濺鍍(Sputtering)、熱蒸鍍 (Thermal Evaporation)、或電子束蒸鍵(Electron-Beam Evaporation) ° 18·如申請專利範圍第10項所述之具抗反射層之發光二極 體之製造方法,其中該抗反射層之折射係數介於3至1.5 間。 19·如申請專利範圍第18項所述之具抗反射層之發光二極 體之製造方法,其中該抗反射層之材質為氮化矽或硒化 鋅0第15頁
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