TW578319B - Light emitting diode having anti-reflection layer and method of making the same - Google Patents

Description

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)

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

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