TWI408832B - 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 - Google Patents
具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI408832B TWI408832B TW098110356A TW98110356A TWI408832B TW I408832 B TWI408832 B TW I408832B TW 098110356 A TW098110356 A TW 098110356A TW 98110356 A TW98110356 A TW 98110356A TW I408832 B TWI408832 B TW I408832B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- conductive layer
- light
- semiconductor conductive
- layer
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 215
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- HPXKRIGAFYUDQH-UHFFFAOYSA-N chromium(3+) oxygen(2-) tin(4+) Chemical compound [Sn+4].[O-2].[Cr+3] HPXKRIGAFYUDQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N oxotin;zinc Chemical compound [Zn].[Sn]=O KYKLWYKWCAYAJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000611 Zinc aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N alumane;zinc Chemical compound [AlH3].[Zn] HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N aluminum zinc oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Al+3].[Zn+2] JYMITAMFTJDTAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 nitrogen-containing compound Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
本發明主要是揭露一種發光元件,更特別地是一種在發光元件中,形成具有中空結構之柱狀結構以增加發光元件中的出光效率。
發光元件(例如發光二極體)之輸出光量效率低落的主要原因是因為取光效率不佳,亦即實際發射發光元件外部之光量僅佔其發光層產生之光量的一小部份。為了解決傳統發光元件之取光效率不良問題,在習知技術中係將光子晶體加入發光元件之中,藉以改善發光元件的取光效率。
以往,發出藍色系之光線的半導體發光元件,如第1A圖所示,係由於藍寶石基板(sapphire substrate)100上層具有:由氮化鎵(GaN)等所形成之低溫緩衝層102;由氮化鎵(GaN)等所形成之n型半導體層104;由帶隙能量比n型半導體導電層104小,決定發光波長之材料,例如氮化鎵銦(InGaN)系化合物半導體所形成之發光層106;由氮化鎵(GaN)等所形成之p型導電層108而形成半導體層積部,於期表面藉由透光性導電層110而設置有p側(上部)電極114,於所層積之半導體層積部的一部份被蝕刻而露出之n型半導體導電層104的表面,設置有n側(下部)電極116而形成。另外,為了提升載子之封閉效果,n型半導體導電層104及p型半導體導電層108係於活性層側有使用AlGaN系(意指鋁(Al)與鎵(Ga)的比例可以不同地改變,以下相同)化合物等之帶隙能量為更大的半導體層。
為了形成n側電極116,蝕刻以移除部份的半導體層積部,使下層半導體層之n型半導體導電層104露出,此時,如第1A圖所示,晶片周圍也同時蝕刻一寬度W。蝕刻晶片周圍係由於氮化物
半導體材料較硬,不易切割或刻劃,為了不使發光層形成部產生龜裂,係利用乾蝕刻方式以分開發光層形成部。另一方面,氮化物半導體也與其他的化合物半導體相同,折射率約為2.5,遠大於空氣的折射率1。因此,以氮化物半導體層之發光層所發出的光線,從半導體層積部射出空氣時,容易引起全反射,不會從半導體層積部射出外部,於半導體層積部內的反射重複而衰減之光線變多,光的取出效率為10%,很明顯地降低。為了解決此問題,於GaP系與AlGaInP系、AlGaAs系等化合物半導體中,如第1B圖所示,於晶片的周圍形成凸凹結構,因此光線可以從半導體層積部取出外部。即在第1B圖中,於n型GaP基板200上磊晶成長n型GaP層202與p型GaP層204而形成半導體層積部,於其表面例如由三層構造所形成之p側電極206、於GaP基板200背面形成n側電極210,予以切割而晶片化後,例如藉由鹽酸之蝕刻,進行於LED晶片的表面形成凸凹結構208之粗面化處理。
而為獲得一較佳之發光效益,習知技藝均以提高所施加於電極之電流密度,藉此增加發光元件的發光效益,但此方式卻容易使得發光元件的可靠度及壽命降低。
鑒於以上所述之發光元件的缺點,實有需要持續發展新的改良結構以克服先前技藝中的各項缺失。所以,如何導出基板內的全反射光以及如何避免射出來的光線衰減,是此技術領域必然會遭遇的問題,也是本發明所要解決的問題。
鑒於以上的問題,本發明的主要目的在於提供具有中空結構之柱狀結構之發光元件,藉以增加發光元件之光取出效率。
本發明的另一目的係在柱狀結構的外表面及中空結構內形成粗糙表面,以增加光在發光元件的散射作用,進一步地提升發光元件的出光效率。
本發明的再一目的係藉由不同深度的中空結構,增加光在發
光元件的散射效率,以提高發光元件的光取出效率。
因此,根據上述目的,本發明揭露一種發光元件,包括:一基板;第一半導體導電層,形成在基板之一表面上;發光層,形成在第一半導體層之部份表面上;第二半導體導電層,形成在發光層上;透明導電層,形成在第二半導體導電層上;及具有中空結構之複數個柱狀結構,形成在第一半導體導電層之部份表面上。
本發明另外揭露一種發光元件,包括:一基板;第一半導體導電層,形成在基板上且曝露出基板之部份表面;一發光層,形成在第一半導體導電層上;第二半導體導電層,形成在發光層上;透明導電層,形成在第二半導體導電層上;及具有中空結構之複數個柱狀結構,形成在基板之部份表面上。
本發明在此所探討的方向為一種發光元件及其製作方法。為了能徹底地瞭解本發明,將在下列的描述中提出詳盡的發光元件之結構及其步驟。顯然地,本發明的實行並未限定此發光元件之技藝者所熟習的特殊細節,然而,對於本發明的較佳實施例,則會詳細描述如下。除了這些詳細描述之外,本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中,且本發明的範圍不受限定,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
第2A圖係表示本發明所揭露之發光元件之示意圖。首先,先提供一基板10,例如以藍寶石(sapphire)所形成之基板10;接著,將基板10置入一MOVPE的反應容器中,之後於此基板10上可選擇性地形成一緩衝層(buffer layer)(未在圖中表示),此緩衝層為多重應力釋放層(multi-strain releasing layer)結構,藉此可以得到品質良好的氮化鎵層。在本實施例中,緩衝層可以由一化合物層(compound layer)(未在圖中表示)及五族/二族化合物(Ⅱ-V group compound)層(未在圖中表示)所構成。其中,化合物層主要是以氮
化鎵材料為主之含氮化合物層,例如氮化鎵鋁(AlGaN)。在此,基板10的材料可以選自於:尖晶石(MgAl2
O4
)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、矽(Si)、鍺(Ge)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、LAO、LGO及玻璃材料。
緊接著,在緩衝層的上方形成一半導體磊晶堆疊結構(semiconductor epi-stacked structure),其包含:第一半導體導電層12係形成在緩衝層上、發光層14形成在第一半導體導電層12上及第二半導體導電層16形成在發光層14上。其中,第一半導體導電層12及第二半導體導電層16係由五族/三族(Ⅲ-V group)材料所構成的化合物半導體層,特別是以氮化物為主的半導體層。此外,第一半導體導電層12與第二半導體導電層16的電性相反,例如:當第一半導體導電層12為n型半導體導電層時,則第二半導體導電層16就必須是p型半導體導電層。因此可以很明顯的得知,在形成發光電元件的基本結構中,在發光層14的上下形成一個n型半導體導電層12及P型半導體導電層16,這使得n型半導體導電層12及p型半導體導電層16中的電子及電洞能夠在施加適當的偏壓之後,能夠被驅動至發光層14中,而產生複合(recombination)後發出光線。
因此,如前所述,本發明所揭露之發光元件的磊晶堆疊結構
中,並不限定第一半導體導電層12或第二半導體導電層16為n型半導體導電層或是p型半導體導電層,其只要能夠形成發光元件的基本結構皆可。因此,在本發明的實施例中,當第二半導體層16為n型半導體導電層時,則第一半導體層12就必需是p型半導體導電層,反之亦然。同時,本發明所揭露之發光元件的半導體磊晶堆疊結構亦可作為發光二極體(LED)、雷射(Laser)、光偵測器(photodetector)或是面射型雷射(VCSEL)等元件的基本半導體磊晶堆疊結構。
接著,在基板10上形成半導體磊晶堆疊結構(第一半導體導電層12、發光層14、第二半導體導電層16)之後,係利用半導體製
程,例如:微影製程及蝕刻製程,將具有圖案化之光罩(未在圖中表示)形成在半導體磊晶堆疊結構之第二半導體導電層16上方,在此,在光罩上製作具有中空結構之柱狀結構的圖案時,係利用黃光顯影技術在第二半導體層16上方預留後續製作透明電極(未在圖中表示)的區域,因此,在半導體製程完成之後,在此區域中不會有任何柱狀結構形成;同時,在其他區域,例如切割道(未在圖中表示)上定義出具有中空結構之柱狀結構的圖形。接著,利用乾蝕刻的方式在切割道(未在圖中表示)上,依序蝕刻第二半導體導電層16、發光層14及部份第一半導體導電層12以形成具有中空結構189之複數個柱狀結構18。在此實施例中,在第一半導體導電層(n-GaN)12及第二半導體導電層(p-GaN)16各自的電極(未在圖中表示)注入電流可以使發光層14發光,而發光層14所發出的光可藉由半導體磊晶堆疊結構的具有中空結構189之柱狀結構18增加散射效率,因此使得取光效率可以提升。
第2B圖係表示具有中空結構之複數個柱狀結構之俯視圖。在第2B圖中,每一個柱狀結構18具有一中空結構,且在相鄰於柱狀結構18兩側的區域的目的是用以形成透明電極(未在圖中表示)的區域。
此外,第3A圖表示具有不同深度之中空結構之柱狀結構之示意圖。在第3A圖中,柱狀結構18的中空結構181的深度可以是由第二半導體導電層16向下至第二半導體導電層16之任意深度;或者是由第二半導體導電層16向下延伸至發光層14,並且曝露出發光層14的表面,如參考標號183所示;於另一實施例,其柱狀結構18之中空結構185的深度是由第二半導體導電層16向下至發光層14之任意深度或者是由第二半導體導電層16向下經由發光層14延伸至第一半導體導電層12,且曝露出第一半導體導電層12的表面,如參考標號187;又於另一實施例,柱狀結構18的中空結構189的深度是第二半導體導電層16向下經由發光層14延伸至第一半導體導電層12任意深度;其次,其柱狀結構18的
中空結構191的深度是由第二半導體導電層16向下經由發光層14及第一半導體導電層12且延伸至基板10,並且曝露出基板10之表面。藉由中空結構(181、183、185、187、189、191)的深度,使得由發光層14所發出的光可以增加在半導體磊晶堆疊結構中的柱狀結構18的散射效率。
另外,第3B圖至第3C圖係分別表示具有不同高度之柱狀結構之示意圖。在第3B圖中,其柱狀結構28係由上而下依序包含發光層14及部份第一半導體導電層12。其中每一個柱狀結構28內的中空結構281之深度可以由發光層14向下至發光層14之任意深度;或者是由發光層14向下至第一半導體導電層12並且曝露出第一半導體導電層12之表面,如參考標號283所示;或者是由發光層14向下至第一半導體導電層12之任意深度,如參考標號285所示;或者是由發光層14向下至第一半導體導電層12延伸至基板10並且曝露出基板10的表面,如參考標號287所示。
另外,於另一實施例中,第3C圖中,其柱狀結構38包含第一半導體導電層12,每一個柱狀結構38內的中空結構381之深度可以由第一半導體導電層12向下至第一半導體導電層12之任意深度;或者是由第一半導體導電層12向下延伸至基板10並且曝露出基板10的表面,如參考標號383所示。
接著,參考第4圖,係表示在具有中空結構之複數個柱狀結構之表面上形成粗糙表面之示意圖。在此,係以第3A圖所表示之結構來說明。於第一半導體導電層12上形成具有中空結構189之複數個柱狀結構18之後,藉由光輔助電化學蝕刻製程,在每一個具有中空結構189之柱狀結構18的內表面18A及外表面18B形成粗糙表面121,且第一半導體導電層12之部份表面、發光層14之側壁及第二半導體導電層16之側壁上形成粗糙表面121。在此,形成粗糙表面121的目的在於增加由發光層14發出來的光在半導體磊晶堆疊結構中的取出效率。
接著,係在第二半導體導電層16上形成透明導電層20,其
透明導電層20之厚度約為2500埃,且材料可以選自於下列之族群:Ni/Au、NiO/Au、Ta/Au、TiWN、TiN、氧化銦錫、氧化鉻錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁及氧化鋅錫。接著,在第一半導體導電層12所曝露之部份表面上形成第一電極22,此第一電極22之材料可以是Au/Ge/Ni或Ti/Al或Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au或Cr/Au合金或是W/Al合金。然後,在透明導電層20上形成一層厚度約為2000um之第二電極24。於另一實施例中,係將透明導電層20形成在第二半導體導電層16上,並且曝露出第二半導體導電層16的部份表面;然後,將第二電極24形成在第二半導體導電層16上並且與透明導電層20接觸(未在圖中表示)。在本實施例中,第二半導體導電層16為一p型氮化物半導體導電層,因此第二電極24之材料可以由Au/Ge/Ni或Ti/Al或Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au或Cr/Au等合金所構成。在此要說明的是由於第一電極22及第二電極24在發光元件的製程中為一習知技藝,故在本發明中不再進一步的敘述。
另外,本發明還揭露具有中空結構之柱狀結構之發光元件之另一實施例,在此,於基板30上形成第一半導體導電層32、發光層34及第二半導體導電層36之方式與先前的實施例相同,在此不再多加贅述。接著,請參考第5A圖,係表示在具有半導體磊晶堆疊結構之基板30及在基板30上形成具有中空結構之複數個柱狀結構之示意圖。先利用半導體製程,例如:微影製程及蝕刻製程,將具有圖案化之光罩(未在圖中表示)形成在半導體磊晶堆疊結構之第二半導體導電層36上方,然後再利用乾蝕刻的方式在形成透明電極區域的一側依序移除部份第二半導體導電層36、部份發光層34及部份第一半導體導電層32,以曝露出第一半導體導電層32之部份表面及基板30的表面,並且在基板30的表面上形成具有中空結構之複數個柱狀結構48,在此,柱狀結構48之高度為第二半導體導電層36、發光層34及第一半導體導電層34之總高度。
同樣地,在此實施例中,在第一半導體導電層32及第二半導體導電層36各自的電極(未在圖中表示)注入電流可以使發光層34發
光,而發光層34所發出的光可藉由半導體磊晶堆疊結構中的具有中空結構之柱狀結構48增加散射效率,因此使得取光效率可以提升。
請再繼續參考第5A圖,其柱狀結構48之中空結構481的深度,可以是由第二半導體導電層36向下至第二半導體導電層36之任意深度;或者是由第二半導體導電層36向下延伸至發光層34,且曝露出發光層34之表面,如參考標號483所示。於另一實施例,柱狀結構48的中空結構485的深度,係由第二半導體導電層36向下至發光層34之任意深度;或者是由第二半導體導電層36經發光層34向下且延伸至第一半導體導電層32,且曝露出第一半導體導電層32的表面,如參考標號487所示;或者是由第二半導體導電層36向下經由發光層34延伸至第一半導體導電層32之任意深度,如參考標號489所示;或者是由第二半導體導電層36向下經由發光層34及第一半導體導電層32且延伸至基板30並曝露出基板30之表面,如參考標號491所示。在此要說明的是,在本發明的實施例中,藉由每一個柱狀結構38內的中空結構(481、483、485、487、489、491)的深度,可以增加由發光層34所發出的光在半導體磊晶堆疊結構中的柱狀結構48增加散射效率。
另外,第5B圖係表示具有不同高度之柱狀結構之示意圖。其柱狀結構58的高度係為發光層34與第一半導體導電層32之總高度。每一個柱狀結構58內的中空結構581之深度可以由發光層34向下至發光層34之任意深度;或者是由發光層34向下延伸至第一半導體導電層32且曝露出第一半導體導電層32之表面,如參考標號583所示;或者是由發光層34向下至第一半導體導電層32之任意深度,如參考標號585;或者是由發光層34向下至第一半導體導電層32且延伸至基板30且曝露出基板30的表面,如參考標號587所示。另外,請參考第5C圖,其柱狀結構68的高度係為第一半導體導電層32之總高度,在此,每一個柱狀結構68
內的中空結構681之深度可以由第一半導體導電層32向下至第一半導體導電層32之任意深度;或者是由第一半導體導電層32向下延伸至基板30並且曝露出基板30的表面,如參考標號683所示。
接著,參考第6圖,係表示在具有中空結構之複數個柱狀結構之表面形成粗糙表面之示意圖。在此,係以第5A圖所表示之結構來說明。在形成具有中空結構491之複數個柱狀結構48之後,利用光輔助電化學蝕刻製程,在每一個具有中空結構491之柱狀結構48的外表面及內表面形成粗糙表面321,且該基板30之部份表面、第一半導體導電層32之側壁、發光層34之側壁及第二半導體導電層36之側壁上形成粗糙表面321。在此,形成粗糙表面321的目的在於增加光的取出效率。接著,係在第二半導體導電層32上形成透明導電層40,此透明導電層40的厚度約為2500埃,且材料可以選自於下列之族群:Ni/Au、NiO/Au、Ta/Au、TiWN、TiN、氧化銦錫、氧化鉻錫、氧化銻錫、氧化鋅鋁及氧化鋅錫。
緊接著,在第一半導體導電層32所曝露之部份表面上形成第一電極42,此第一電極42之材料可以是Au/Ge/Ni或Ti/Al或Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au或Cr/Au合金或是W/Al合金。接著,在透明導電層40上形成一層厚度約為2000um之第二電極44。於另一實施例中,其透明導電層40形成在第二半導體導電層36上,且曝露出部份的第二半導體導電層36表面;接著,將第二電極44形成在第二半導體導電層36上且與透明導電層40接觸(未在圖中表示)。在本實施例中,第二半導體導電層36為一p型氮化物半導體導電層,因此,第二電極44之材料可以由Au/Ge/Ni或Ti/Al或Ti/Au或Ti/Al/Ti/Au或Cr/Au等合金所構成。在此要說明的是由於第一電極42及第二電極44在光電元件的製程中為一習知技藝,故在本發明中不再進一步的敘述。
10、30、200、100‧‧‧基板
102‧‧‧緩衝層
104‧‧‧n型半導體導電層
106‧‧‧發光層
108‧‧‧p型導電層
110‧‧‧透光性導電層
114‧‧‧p側(上部)電極
116‧‧‧n側(下部)電極
202‧‧‧n型GaP層
204‧‧‧p型GaP層
206‧‧‧p側電極
208‧‧‧凸凹結構
12、32‧‧‧第一半導體導電層
121、321‧‧‧粗糙表面
14、34‧‧‧發光層
16、36‧‧‧第二半導體導電層
18A‧‧‧內表面
18B‧‧‧外表面
18、28、38、48、58、68‧‧‧柱狀結構
181、183、185、187、189、191‧‧‧中空結構
281、283、285、287‧‧‧中空結構
381、383‧‧‧中空結構
481、483、485、487、489、491‧‧‧中空結構
581、583、585、587‧‧‧中空結構
681、683‧‧‧中空結構
20、40‧‧‧透明導電層
22、42‧‧‧第一電極
24、44‧‧‧第二電極
第1A圖係根據習知之技術表示氮化物半導體之發光元件之側
視圖;第1B圖係根據習知之技術表示使用GaP之發光元件,於表面設置有凹凸結構之剖面圖;第2A圖係表示本發明所揭露之發光元件之示意圖;第2B圖係表示具有中空結構之複數個柱狀結構之俯視圖;第3A圖至第3C圖分別表示不同高度之柱狀結構及不同深度之中空結構之示意圖;第4圖係表示具有粗糙表面之中空結構之柱狀結構之發光元件之示意圖;第5A圖至第5C圖係分別表示在基板上具有不同高度之柱狀結構及不同深度中空結構之示意圖;及第6圖係表示在基板上具有中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之示意圖。
10‧‧‧基板
12‧‧‧第一半導體導電層
14‧‧‧發光層
16‧‧‧第二半導體導電層
18‧‧‧柱狀結構
189‧‧‧中空結構
18A‧‧‧內表面
18B‧‧‧外表面
20‧‧‧透明導電層
22‧‧‧第一電極
24‧‧‧第二電極
121‧‧‧粗糙表面
Claims (24)
- 一種發光元件,包含:一基板;一第一半導體導電層,形成在該基板之一表面之上;一發光層,形成在該第一半導體導電層之一第一表面的一第一部份上;一第二半導體導電層,形成在該發光層上;一透明導電層,形成在該第二半導體導電層上;及具有中空結構之複數個柱狀結構,形成在該第一表面的一第二部分上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構由上而下依序包含該第二半導體導電層、該發光層及該第一半導體導電層。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該第二半導體導電層向下延伸至該第二半導體導電層之任意深度、由該第二半導體導電層向下延伸至該發光層且曝露出該發光層之一表面、由該第二半導體導電層向下經由該發光層延伸至該發光層之任意深度、由該第二半導體導電層向下經由該發光層延伸至該第一半導體導電層且曝露出該第一半導體導電層之該表面、由該第二半導體導電層向下經由該發光層延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或由該第二半導體導電層向下經由該發光層及該第一半導體導電層延伸至該基板,且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構由上而下依序包含該發光層及該第一半導體導電層,且每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該發光層向下延伸至該發光層之任意深度、由該發光層向下延伸至該第一半導體導電層且曝露出該第一半導體導電層之該表面、由該發光層向下經由該第一半導體導電層延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或由該 發光層向下經由該第一半導體導電層延伸至該基板,且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構包含該第一半導體導電層,且每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該第一半導體導電層向下延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或由該第一半導體導電層向下延伸至該基板,且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中具有中空結構之該些柱狀結構之一外表面及一內表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中該第一表面的一第三部分、該發光層之側壁及該第二半導體導電層之側壁為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,更包含一第一電極,設置在該第一表面的一第三部分上。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,其中該透明導電層係曝露出部份該第二半導體導電層之表面。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光元件,更包含一第二電極係設置在該第二半導體導電層之曝露之該表面上且與該透明導電層接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,更包含一第二電極設置在該透明導電層上。
- 一種發光元件,包含:一基板;一第一半導體導電層,形成在該基板之一表面的一第一部分上;一發光層,形成在該第一半導體導電層上;一第二半導體導電層,形成在該發光層上;一透明導電層,形成在該第二半導體導電層上;及具有中空結構之複數個柱狀結構,形成在該基板之該表面的 一第二部分上。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中具有中空結構之該些柱狀結構之一外表面及一內表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中該基板之該表面的一第三部分、該第一半導體導電層之一側壁、該發光層之一側壁及該第二半導體導電層之一側壁為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中在該基板上之每一該柱狀結構由上而下依序包含該第二半導體導電層、該發光層及該第一半導體導電層。
- 如申請專利範圍第15項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該第二半導體導電層向下延伸至該第二半導體導電層之任意深度、由該第二半導體導電層向下延伸至該發光層且曝露出該發光層之一表面、由該第二半導體導電層向下延伸至該發光層之任意深度、由該第二半導體導電層向下經由該發光層延伸至該第一半導體導電層且曝露出該第一半導體導電層之該表面、由該第二半導體導電層向下經由該發光層延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或由該第二半導體導電層向下經由該發光層及該第一半導體導電層延伸至該基板,且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中在該基板上之每一該柱狀結構由上而下依序包含該發光層及該第一半導體導電層。
- 如申請專利範圍第17項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該發光層向下至該發光層之任意深度、由該發光層向下延伸至該第一半導體導電層且曝露出該第一半導體導電層之該表面、由該發光層向下經由該第一半導體導電層延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或是由該發光層經由該第一半導體導電層向下延伸至該基板且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中在該基板上之每一該柱狀結構包含該第一半導體導電層。
- 如申請專利範圍第19項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之一深度是由該第一半導體導電層向下延伸至該第一半導體導電層之任意深度、或由該第一半導體導電層向下延伸至該基板,且曝露出該基板之該表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,更包含一第一電極設置在該第一半導體導電層上且與該發光層、該第二半導體導電層及該透明導電層電性分離。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,其中該透明導電層係曝露出該第二半導體導電層之一部份。
- 如申請專利範圍第22項所述之發光元件,更包含一第二電極係設置在該第二半導體導電層之曝露之部份該表面上且與該透明導電層接觸。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光元件,更包含一第二電極形成在該透明導電層上。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW098110356A TWI408832B (zh) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 |
US12/425,730 US8232567B2 (en) | 2009-03-30 | 2009-04-17 | Light emitting device with pillar structure having hollow structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW098110356A TWI408832B (zh) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201036204A TW201036204A (en) | 2010-10-01 |
TWI408832B true TWI408832B (zh) | 2013-09-11 |
Family
ID=42783001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW098110356A TWI408832B (zh) | 2009-03-30 | 2009-03-30 | 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8232567B2 (zh) |
TW (1) | TWI408832B (zh) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012517104A (ja) * | 2009-01-30 | 2012-07-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | レーザファセットのための光電気化学エッチング |
US9136436B2 (en) | 2010-02-09 | 2015-09-15 | Epistar Corporation | Optoelectronic device and the manufacturing method thereof |
US9640728B2 (en) | 2010-02-09 | 2017-05-02 | Epistar Corporation | Optoelectronic device and the manufacturing method thereof |
US9006774B2 (en) | 2010-02-09 | 2015-04-14 | Epistar Corporation | Optoelectronic device and the manufacturing method thereof |
TWI609505B (zh) * | 2010-02-09 | 2017-12-21 | 晶元光電股份有限公司 | 光電元件 |
US10205059B2 (en) | 2010-02-09 | 2019-02-12 | Epistar Corporation | Optoelectronic device and the manufacturing method thereof |
CN102376830B (zh) * | 2010-08-19 | 2015-07-08 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
CN102916090A (zh) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | 展晶科技(深圳)有限公司 | Led磊晶粗化制程 |
US9257481B2 (en) * | 2012-11-26 | 2016-02-09 | Epistar Corporation | LED arrray including light-guiding structure |
US9703056B2 (en) | 2014-01-23 | 2017-07-11 | Nxp Usa, Inc. | Copper tube interconnect |
CN114300596A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-04-08 | 广州大学 | 一种深紫外led的基板及深紫外led的封装结构 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6727646B1 (en) * | 1999-03-23 | 2004-04-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
US7009216B2 (en) * | 2002-02-08 | 2006-03-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method of fabricating the same |
TW200705710A (en) * | 2005-01-11 | 2007-02-01 | Semileds Corp | Light emitting diodes (LEDs) with improved light extraction by roughening |
TWI276236B (en) * | 2005-12-16 | 2007-03-11 | Ind Tech Res Inst | A light emitting diode (LED) with a radiation-permeable surface and manufacture thereof |
US7208336B2 (en) * | 2005-01-14 | 2007-04-24 | Au Optronics Corporation | White light emitting device and method of making same |
TW200717867A (en) * | 2005-07-19 | 2007-05-01 | Lg Chemical Ltd | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof |
TW200742112A (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Tyntek Corp | Structure and manufacturing method of GaN light-emitting diode device with high light extraction efficiency |
US20080128716A1 (en) * | 2006-12-04 | 2008-06-05 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0716077B2 (ja) * | 1985-10-11 | 1995-02-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
JP2780981B2 (ja) * | 1988-06-27 | 1998-07-30 | 三菱電機株式会社 | 多点発光型半導体レーザ及びその製造方法 |
JP3409928B2 (ja) * | 1994-10-15 | 2003-05-26 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
DE19632627A1 (de) * | 1996-08-13 | 1998-02-19 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen eines Licht aussendenden und/oder empfangenden Halbleiterkörpers |
TW516248B (en) * | 2001-12-21 | 2003-01-01 | Epitech Technology Corp | Nitride light emitting diode with spiral-shaped metal electrode |
KR100638730B1 (ko) * | 2005-04-14 | 2006-10-30 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 3족 질화물 발광 소자의 제조 방법 |
US7910395B2 (en) * | 2006-09-13 | 2011-03-22 | Helio Optoelectronics Corporation | LED structure |
TWI475716B (zh) * | 2007-03-19 | 2015-03-01 | Epistar Corp | 光電元件 |
KR100872678B1 (ko) * | 2007-07-23 | 2008-12-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 발광소자의 제조 방법 |
JP4998243B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2012-08-15 | ブラザー工業株式会社 | 液体吐出装置 |
-
2009
- 2009-03-30 TW TW098110356A patent/TWI408832B/zh active
- 2009-04-17 US US12/425,730 patent/US8232567B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6727646B1 (en) * | 1999-03-23 | 2004-04-27 | Seiko Epson Corporation | Light-emitting device |
US7009216B2 (en) * | 2002-02-08 | 2006-03-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method of fabricating the same |
TW200705710A (en) * | 2005-01-11 | 2007-02-01 | Semileds Corp | Light emitting diodes (LEDs) with improved light extraction by roughening |
US7208336B2 (en) * | 2005-01-14 | 2007-04-24 | Au Optronics Corporation | White light emitting device and method of making same |
TW200717867A (en) * | 2005-07-19 | 2007-05-01 | Lg Chemical Ltd | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof |
TWI276236B (en) * | 2005-12-16 | 2007-03-11 | Ind Tech Res Inst | A light emitting diode (LED) with a radiation-permeable surface and manufacture thereof |
TW200725929A (en) * | 2005-12-16 | 2007-07-01 | Ind Tech Res Inst | A light emitting diode (LED) with a radiation-permeable surface and manufacture thereof |
TW200742112A (en) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Tyntek Corp | Structure and manufacturing method of GaN light-emitting diode device with high light extraction efficiency |
US20080128716A1 (en) * | 2006-12-04 | 2008-06-05 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8232567B2 (en) | 2012-07-31 |
TW201036204A (en) | 2010-10-01 |
US20100244053A1 (en) | 2010-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI408832B (zh) | 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 | |
TWI478372B (zh) | 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 | |
JP4994758B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP2014096603A (ja) | 半導体発光素子 | |
KR20110066311A (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
JP2005116794A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
KR20110046011A (ko) | 발광소자 및 그 제조방법 | |
JP2011061036A (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
JP2021097148A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2013239471A (ja) | 発光ダイオード素子の製造方法 | |
KR101368687B1 (ko) | 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법 | |
TWI697076B (zh) | 發光元件及其製造方法 | |
KR101205527B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
KR100999695B1 (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
JP2007042944A (ja) | 窒化物半導体素子の製法 | |
KR101283444B1 (ko) | 수평형 파워 led 소자 및 그 제조방법 | |
KR101333332B1 (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
KR100813598B1 (ko) | 질화물계 반도체 발광다이오드 | |
TWI786276B (zh) | 發光元件之製造方法 | |
KR20120082715A (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
KR20100054594A (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
KR101405742B1 (ko) | 반도체 발광소자 | |
KR101158074B1 (ko) | 발광 소자 | |
KR101030071B1 (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
KR100756842B1 (ko) | 광추출용 컬럼들을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는방법 |