TWI455377B - 發光二極體結構及其製作方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種二極體，且特別是有關於一種發光二極體結構。
由於發光二極體具有壽命長、體積小、高耐震性、發熱度小以及耗電量低等優點，發光二極體已被廣泛地應用於家電產品以及各式儀器之指示燈或光源。
一般來說，高亮度垂直型發光二極體通常會有電流分佈不均的問題外，且其所提供的光線的指向性非常強，其中所謂指向性係指光線的光場分佈非常集中。舉例來說，正視發光二極體的中央方向其光場強度會最強，而稍偏離正向方向時，則光場強度便會快速減弱。此部份尤其在使用分佈式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector,DBR)更為明顯。
另外，傳統的垂直型發光二極體其在製作上通常會需要兩次轉移基板製程，才可完成其製作，因此其製作步驟會較為複雜。
本發明提供一種發光二極體結構，其具有較佳的光學表現及電性表現。
本發明另提供一種發光二極體結構的製作方法，其可製作出上述的發光二極體結構外，並具有較為簡易的製程步驟。
本發明提出一種發光二極體結構，其包括一發光元件層、一圖案化介電層、一第一歐姆接觸層、一導電基板、一第一電極層及一第二電極層。發光元件層具有一第一表面與一第二表面。圖案化介電層配置於第一表面上並具有多個開口以暴露出部分發光元件層。第一歐姆接觸層配置於圖案化介電層上，且第一歐姆接觸層透過這些開口而與發光元件層連接。導電基板配置於第一歐姆接觸層上而與第一歐姆接觸層連接。第一電極層配置於第二表面上並覆蓋部份發光元件層。第二電極層配置於導電基板上，且導電基板位於第一歐姆接觸層與第二電極層之間。
在本發明之一實施例中，第一歐姆接觸層與圖案化介電層共形。
在本發明之一實施例中，導電基板透過這些開口而與第一歐姆接觸層連接。
在本發明之一實施例中，發光二極體結構更包括一第二歐姆接觸層，覆蓋於第一歐姆接觸層並位於第一歐姆接觸層與導電基板之間。在本發明之一實施例中，第二歐姆接觸層適於填滿這些開口，且第二歐姆接觸層為一平坦層。
在本發明之一實施例中，第一歐姆接觸層適於填滿這些開口，且第一歐姆接觸層為一平坦層。
在本發明之一實施例中，圖案化介電層的材質包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿、氧化鋁或光阻材質。
在本發明之一實施例中，第一歐姆接觸層的材質包括金屬材料、透明導電氧化物或半導體材料。
在本發明之一實施例中，第一歐姆接觸層為單層結構或多層結構。
在本發明之一實施例中，這些開口於圖案化介電層上所構成的形狀包括有凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
本發明另提出一種發光二極體結構的製作方法，其包括至少下列步驟。首先，提供一基板。接著，於基板上形成一發光元件層，其中發光元件層具有一第一表面與一相對第一表面的第二表面，且第二表面與基板接觸。而後，於發光元件層的第一表面上形成一介電層。接著，圖案化介電層以形成一具有多個開口的圖案化介電層，其中這些開口暴露出部分發光元件層。然後，於圖案化介電層上覆蓋一第一歐姆接觸層，其中第一歐姆接觸層透過這些開口與部分發光元件層連接。接著，形成一導電基板於第一歐姆接觸層上。之後，移除基板以暴露出發光元件層的第二表面。接著，形成一第一電極層於第二表面上以覆蓋部份發光元件層，以及形成一第二電極層於導電基板上。
在本發明之一實施例中，形成第一歐姆接觸層的方法包括電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
在本發明之一實施例中，在形成導電基板於第一歐姆接觸層之前，上述方法更包括覆蓋一第二歐姆接觸層於第一歐姆接觸層上，且部分第二歐姆接觸層適於填滿這些開口而與這些開口內的部分第一歐姆接觸層連接。
在本發明之一實施例中，形成導電基板於第一歐姆接觸層的方式包括接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)。
在本發明之一實施例中，當導電基板以電鍍法形成於第一歐姆接觸層時，導電基板適於填滿這些開口而與第一歐姆接觸層連接。
在本發明之一實施例中，移除基板以暴露出發光元件層的第二表面的方式包括使用雷射剝離法(laser lift off)。
本發明又提出一種發光二極體結構，其包括一發光元件層、一歐姆接觸層、一導電基板、一第一電極層以及一第二電極層。發光元件層具有一第一表面、一第二表面、多個凸起部與多個凹陷部，其中這些凸起部與這些凹陷部位於第一表面上。歐姆接觸層覆蓋於第一表面上，且歐姆接觸層填入這些凹陷部內而與部分發光元件層連接。導電基板配置於歐姆接觸層上而與歐姆接觸層連接。第一電極層配置於第二表面上並覆蓋部份發光元件層。第二電極層配置於導電基板上，且導電基板位於歐姆接觸層與第二電極層之間。
在本發明之一實施例中，歐姆接觸層共形於這些凸起部與這些凹陷部。
在本發明之一實施例中，導電基板填入這些凹陷部內而與歐姆接觸層連接。
在本發明之一實施例中，發光二極體結構更包括多個介電層，分別配置於這些凸起部上，且每一這些介電層位於發光元件層與導電基板之間。在本發明之一實施例中，這些介電層的材質包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿、氧化鋁或光阻材質。
在本發明之一實施例中，歐姆接觸層適於填滿這些開口，且歐姆接觸層為一平坦層。在本發明之一實施例中，歐姆接觸層的材質包括金屬材料、透明導電氧化物或半導體材料。在本發明之一實施例中，歐姆接觸層為單層結構或多層結構。
在本發明之一實施例中，這些凸起部與這些凹陷部於第一表面上所構成的形狀包括有凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
在本發明之一實施例中，上述的發光元件層的材質包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、磷化鋁銦鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵或上述組合。在本發明之一實施例中，上述的發光元件層包括一第一型半導體層、一發光層及一第二型半導體層，發光層位於第一型半導體層與第二型半導體層之間。
本發明再提出一種發光二極體結構的製作方法，其包括至少下列步驟。首先，提供一基板。接著，於基板上形成一發光元件層，其中發光元件層具有一第一表面與一相對第一表面的第二表面，且第二表面與基板接觸。然後，於發光元件層的第一表面上形成一介電層。接著，圖案化介電層以形成一具有多個開口的圖案化介電層，其中這些開口暴露出部分發光元件層。之後，以圖案化介電層為罩幕，移除這些開口所暴露出的部分發光元件層並於第一表面上形成多個凹陷部與多個相對這些凹陷部的凸起部，其中圖案化介電層位於這些凸起部上。然後，於第一表面上覆蓋一歐姆接觸層，其中歐姆接觸層適於填入這些凹陷部而與部分發光元件層連接。接著，形成一導電基板於歐姆接觸層上。而後，移除基板以暴露出發光元件層的第二表面。接著，形成一第一電極層於第二表面上以覆蓋部份發光元件層，以及形成一第二電極層於導電基板上。
在本發明之一實施例中，形成歐姆接觸層的方法包括電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
在本發明之一實施例中，形成導電基板於歐姆接觸層的方式包括接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)。
在本發明之一實施例中，當導電基板以電鍍法形成於歐姆接觸層時，導電基板適於填滿這些凹陷部而與歐姆接觸層連接。
在本發明之一實施例中，於第一表面上覆蓋歐姆接觸層時，上述方法更包括將歐姆接觸層填滿這些凹陷部而與發光元件層連接。
在本發明之一實施例中，在覆蓋歐姆接觸層於第一表面之前，上述方法更包括移除位於這些凸起部上的圖案化介電層。
在本發明之一實施例中，移除基板以暴露出發光元件層的第二表面的方式包括使用雷射剝離法(laser lift off)。
本發明一實施例之發光二極體結構可透過圖案化介電層與歐姆接觸層所構成的反光結構，使發光元件層所產生光束在傳遞至圖案化介電層時，可被歐姆接觸層所反射，且被反射的光束在出射於第二表面時，其出光的角度是呈現偏向全方位的光場分佈，意即發光二極體結構所提供的出光角度較大。
另外，若歐姆接觸層為透明導電氧化物與反射性金屬堆疊層時，將可有效提升發光二極體結構整體的電性表現及發光效益。再者，也可藉由將發光元件層的表面上設計有凸起部與凹陷部，且歐姆接觸層直接地覆蓋於凸起部與凹陷部上，因此歐姆接觸層與發光元件層的接觸面積便會提高，如此一來，除了可使發光二極體結構具有較佳的光學表現外，其電性表現亦可獲得提升。另外，本發明所提供的製作方法亦可僅使用一次轉移基板的製程而製作出具有前述優點的發光二極體結構，從而具有製程步驟較簡易之優點。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1為本發明第一實施例之發光二極體結構的局部剖示圖，而圖2A為圖1之局部放大圖。請同時參考圖1與圖2A，本實施例之發光二極體結構100，包括一發光元件層110、一圖案化介電層120、一第一歐姆接觸層130、一導電基板140、一第一電極層150及一第二電極層160。發光元件層110具有一第一表面S1與一第二表面S2。在本實施例中，發光元件層110包括一第一型半導體層112、一發光層114及一第二型半導體層116，其中發光層114位於第一型半導體層112與第二型半導體層116之間。詳細而言，第一型半導體層112例如是一N型半導體層，第二型半導體層116例如是一P型半導體層，而發光層114可以是多重量子井層。反之，第一型亦可以P型，而第二型可以N型，此部分僅依使用者而定。
在本實施例中，第一型半導體層112與第二型半導體層116分別是以N型半導體層與P型半導體層為舉例說明。另外，發光元件層110的材質可以是採用氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、磷化鋁銦鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵或上述組合，其中本實施例是以氮化鎵為舉例說明，但不限於此。
請繼續參考圖1與圖2A，圖案化介電層120配置於於發光元件層110上，圖案化介電層120暴露出發光元件層110。在本實施例中，圖案化介電層120的材質可以是採用氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿與氧化鋁之類絕緣物質，或者是光阻材質，其中本實施例是以光阻材質作為舉例說明，但不限於此。另外，根據使用者所設計的光罩圖案可以將圖案化介電層設計成具有多樣化的結構。舉例而言，依據不同光罩圖樣的設計，上述的圖案化介電層120上所構成的形狀可以是凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
值得一提的是，本實施例之圖案化介電層120為可透光之材質。
另外，第一歐姆接觸層130配置於圖案化介電層120上，並透過圖案化介電層110而與發光元件層110連接，如圖1與圖2A所示。在本實施例中，第一歐姆接觸層130與圖案化介電層120共形，且第一歐姆接觸層130若是以單層結構為舉例時，其材料可以是採用反射性較佳的金屬，如銀或鋁。詳細而言，由於圖案化介電層120的材質為可透光，因此當發光二極體結構100被驅動時而使發光元件層110激發出多道光束L1時，部分光束L1在傳遞至圖案化介電層120後會被覆蓋於圖案化介電層120上的第一歐姆接觸層130所反射，其中因圖案化介電層120是採用上述的凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構，因此光束L1在被第一歐姆接觸層130反射而出射於第二表面S2時，其出射的光場分佈便可較偏向全方位的光場分佈，即發光二極體結構100所提供的光場分佈會均勻。
要說明的是，為使發光元件層110所發射出的光線可以充分地繞射或散射，圖案化介電層110之凸出或凹陷結構的階差或深度至少須為λ/4以上，因此當凸出或凹陷結構的深度或階差為λ/4n時(n為半導體層的折射率)，即可獲得繞射效果。為使光線能充分繞射及散射，而凸出或凹陷結構彼此之間的間距在100μm以下，為了具有較佳的繞射結果，凸出或凹陷結構之間的間距最好是在20μm以下，其可以有效地減少全反射的現象產生。
在另一實施形態中，第一歐姆接觸層130除了可以是前述之單層結構外，其亦可以是採用如圖2B所繪示的具有多層結構Q1、Q2的第一歐姆接觸層130a。在圖2B之第一歐姆接觸層130a中，歐姆接觸層Q1可採用透明導電氧化物(如：銦錫氧化物，ITO)或鎳之類的金屬材質，而歐姆接觸層Q2則可以是採用前述的反射性較佳的金屬，如銀或鋁。詳細而言，若發光二極體結構100採用如圖2B中之第一歐姆接觸層130a，且歐姆接觸層Q1是採用透明導電氧化物時，除了達到上述圖2A所提及的優點外，亦可有效提升發光二極體結構100整體的電性表現及發光效益。
另外，導電基板140配置於第一歐姆接觸層130上而與第一歐姆接觸層130、130a連接，如圖1與圖2A所示。在本實施例中，導電基板140可以是一金屬材料的基板，其與第一歐姆接觸層130的連接方式可以是採用貼合、黏合(bonding)或電鍍的方式，此部份可依使用者的需求而定。在本實施例中，導電基板140與第一歐姆接觸層130連接方式較佳地可採用電鍍的方式。
值得一提的是，在一未繪示的實施例中，若第一歐姆接觸層130為一平坦層時，導電基板140則可以是採用貼合的方式與第一歐姆接觸層130進行連接，但亦可採用電鍍法。
請繼續參考圖1與圖2A，第一電極層150配置於第二表面S2上並覆蓋部份發光元件層110，而第二電極層160配置於導電基板140上，且導電基板140位於第一歐姆接觸層130與第二電極層160之間。在本實施例中，第一電極層150為第一型半導體層112的N型電極，而第二電極層160則可為第二型半導體116的P型電極。詳細而言，若對第一電極層150與第二電極層160施加一驅動電壓時，則發光元件層110便會被激發而產生上述的多道光束L1。
基於上述可知，本實施例之發光二極體結構100可透過圖案化介電層120與覆蓋圖案化介電層120上的第一歐姆接觸層130、130a所構成的結構，使得發光元件層110所產生多道光束L1在傳遞至圖案化介電層120時，可被第一歐姆接觸層130、130a所反射，其中因第一歐姆接觸層130、130a與圖案化介電層120所接觸的表面為不規則之表面，因此被反射的光束L1在出射於第二表面S2時，其出光的角度便會是呈現偏向全方位的光場分佈，意即發光二極體結構100所提供的出光角度便會較大。此外，若發光二極體結構100若是採用如圖2B中之第一歐姆接觸層130a，且歐姆接觸層Q1為透明導電氧化物，而歐姆接觸層Q2為反射性金屬時，將可有效提升發光二極體結構100整體的電性表現及發光效益。
需要說明的是，若第一歐姆接觸層130僅為透明導電氧化物時，則光束L1可透過導電基板140進行光束L1的反射。
另外，本實施例亦提供一種製作上述發光二極體結構100的方法，其說明如下。
圖3A～圖3F為第一實施例之發光二極體結構的製作流程剖示圖。請先參考圖3A，首先，提供一基板B1，其中基板B1為一成長基板，其例如是單晶矽基板(Single crystal silicon substrate)、矽覆絕緣基板(SOI)或藍寶石基板(sapphire substrate,Al2
O3
)。本實施例是以藍寶石基板作為舉例說明，但不限於此。接著，於基板B1上形成一發光元件層210，其中發光元件層210具有一第一表面S1與一相對第一表面S1的第二表面S2，且第二表面S2與基板B1接觸，如圖3A所示。在本實施例中，發光元件層210的材質是以氮化鎵作為舉例說明，且發光元件層210具有一N型半導體層212、一發光層214及一P型半導體層216，如圖3A所示。
而後，於發光元件層210的第一表面S1上形成一介電層220，如圖3B所示。在本實施例中，此介電層220可以是採用前述圖案化介電層120所提及的材料，而本實施例以光阻材料為舉例說明。
接著，圖案化介電層220以形成一具有多個開口P1的圖案化介電層222，這些多個開口P1使得圖案化介電層120具有多個凸出或凹陷結構，如圖3C所示，其中這些開口P1暴露出部分發光元件層210。在本實施例中，圖案化介電層220的方式例如是採用傳統的微影蝕刻製程。
然後，於圖案化介電層222上覆蓋一第一歐姆接觸層230，其中第一歐姆接觸層230透過這些開口P1與部分發光元件層210連接，如圖3D所示。在本實施例中，形成第一歐姆接觸層230的方法可以是電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。另外，第一歐姆接觸230共形地形成圖案化介電層222上，且第一歐姆接觸層230可以是設計成如圖2A與圖2B所繪示的第一歐姆接觸層130、130a之結構。
接著，形成一導電基板240於第一歐姆接觸層230上，如圖3E所示。在本實施例中，形成導電基板240於第一歐姆接觸層230的方式可以是採用接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)，其中本實施例是以電鍍法作為舉例說明，但不限於此。舉例而言，若第一歐姆接觸層230是以共形方式形成於圖案化介電層220上時，則導電基板240可以採用電鍍法形成於第一歐姆接觸層230，並且與第一歐姆接觸層230連接。
之後，移除基板B1以暴露出發光元件層210的第二表面S2，如圖3F所示。在本實施例中，移除基板B1以暴露出發光元件層210的第二表面S2的方式例如是採用雷射剝離法(laser lift off)。
接著，形成一第一電極層150於第二表面S2上以覆蓋部份發光元件層210，以及形成一第二電極層160於導電基板240上，至此可形成如圖1所繪示的發光二極體結構100。在本實施例中，形成第一電極層150與第二電極層160的方式可以是採用電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
基於上述的步驟可知，本實施例所提供的製作方法除了可製作出上述的發光二極體結構100外，其亦可僅使用一次轉移基板的製程而製作出如圖1所繪示的發光二極體結構100，從而具有製程步驟較簡易之優點。
在另一實施形態中，發光二極體結構100更包括有一第二歐姆接觸層170而形成如圖4所繪示的發光二極體結構300，其中第二歐姆接觸層170覆蓋於第一歐姆接觸層130，並且第一歐姆接觸層170位於第一歐姆接觸層130與導電基板140之間。在發光二極體結構300中，第二歐姆接觸層170適於覆蓋第一歐姆接觸層130並且填滿圖案化介電層120的開口P1，且第二歐姆接觸層170可以是一平坦層，如圖4所示。
在本實施例中，第一歐姆接觸層130的材質可以是採用透明導電氧化物(如：銦錫氧化物，ITO)或是金屬材料(如：鎳)，而第二歐姆接觸層170可以是光反射性較佳的金屬，如：如銀或鋁之類的材質。
由於發光二極體結構300與發光二極體結構100在結構上略有不同，因此其製作方法亦略有差異。其主要差異在於，在形成導電基板140於第一歐姆接觸層130之前，更包括覆蓋一第二歐姆接觸層170於第一歐姆接觸層130上，且部分第二歐姆接觸層170適於覆蓋第一歐姆接觸層130並且填滿圖案化介電層220，並與第一歐姆接觸層130連接。
在本實施例中，由於發光二極體結構300與發光二極體結構100在結構與製作方法上僅略有不同，因此發光二極體結構300及其製作方法同樣具有上述之發光二極體結構100及其製作方法所提及的優點。
圖5為本發明第二實施例之發光二極體結構的局部剖示圖。請參考圖5，本實施例之發光二極體結構400包括一發光元件層410、一歐姆接觸層420、一導電基板430、一第一電極層440以及一第二電極層450。發光元件層410具有一第一表面S1、一第二表面S2、連續設置的多個凸起部410a與多個凹陷部410b，其中這些凸起部410a與這些凹陷部410b位於第一表面S1上。在本實施例中，位於第一表面上的凸起部410a與凹陷部410b主要是根據光罩圖樣的設計而進行圖案化(即蝕刻製程)。其中這些凸起部410a與這些凹陷部410b位於第一表面S1上所構成的形狀可以是凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。為使發光元件層410所發射的光線能充分地產生繞射或散射，因此凸起部410a與凹陷部410b之階差或深度至少須為λ/4以上，當凸起部410a與凹陷部410b之深度或階差為λ/4n時(n為發光元件層的折射率)，即可獲得繞射效果。為了使光線能充分地產生繞射及散射，凸起部410a與凹陷部410b彼此之間的間距最好是在100μm以下，在20μm以下則能達到最好的繞射狀態，有效減少全反射的現象產生。由於發光元件層410具有多個連續設置的凸起部410a與凹陷部410b之結構，因此增加了散熱的面積，也藉此提高傳送發光元件層410所產生熱能的能力。
在本實施例中，發光元件層410包括一第一型半導體層412、一發光層414及一第二型半導體層416，其中發光層414位於第一型半導體層412與第二型半導體層416之間。詳細而言，第一型半導體層412例如是一N型半導體層，第二型半導體層416例如是一P型半導體層，而發光層414可以是多重量子井層。反之，第一型亦可以P型，而第二型可以N型，此部分僅依使用者而定。
在本實施例中，第一型半導體層412與第二型半導體層416分別是以N型半導體層與P型半導體層為舉例說明。另外，發光元件層410的材質可以是採用氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、磷化鋁銦鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵或上述組合，其中本實施例是以氮化鎵為舉例說明，但不限於此。
請參考圖5，歐姆接觸層420覆蓋於第一表面S1上，且與發光元件層410連接。在本實施例中，歐姆接觸層420共形於上述的凸起部410a及凹陷部410b，且歐姆接觸層420若是以單層結構為舉例時，而其材料可以是採用反射性較佳的金屬，如銀或鋁。詳細而言，當發光二極體結構400被驅動時而使發光元件層410激發出多道光束L1時，部分光束L1在傳遞歐姆接觸層420時會被歐姆接觸層420所反射，其中因歐姆接觸層420是共形於凸起部410a及凹陷部410b，因此光束L1在被歐姆接觸層420反射而出射於第二表面S2時，其出射的光場分佈便可較偏向全方位的光場分佈，即發光二極體結構400所提供的光場分佈會均勻。在另一未繪示的實施形態中，歐姆接觸層420除了可以是單層結構外，其亦可以是採用前述所提及的多層結構的設計，此部份可參考圖2A與圖2B之說明，在此便不再贅述。
值得一提的是，由於發光元件層410具有凸起部410a與凹陷部410b，且歐姆接觸層420直接地覆蓋於凸起部410a與凹陷部410b上，因此本實施例之歐姆接觸層420與發光元件層410的接觸面積便會提高，如此一來，除了可使發光二極體結構400具有較佳的光學表現外，其電性表現亦可獲得提升。
另外，導電基板430配置於歐姆接觸層420上而與歐姆接觸層420連接，如圖5所示。在本實施例中，導電基板430可以是一金屬材料的基板，其與歐姆接觸層420的連接方式可以是採用貼合、黏合(bonding)或電鍍的方式，此部份可依使用者的需求而定。在本實施例中，導電基板430與歐姆接觸層420連接方式較佳地可採用電鍍的方式。
值得一提的是，在一未繪示的實施例中，若歐姆接觸層420為一平坦層時，導電基板430則可以是採用貼合的方式與歐姆接觸層420進行連接，但亦可採用電鍍法。
要說明的是，在另一實施例中，發光二極體結構400更包括有多個介電層460分別位於發光元件層410的凸起部410a上而形成如圖7所繪示的發光二極體結構600，這些介電層460分別位於歐姆接觸層420與發光元件層410之間。在發光二極體結構600中，這些介電層460的材質包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿、氧化鋁或光阻材質，其中本實施例是以光阻為舉例說明，但不限於此，其亦可以是絕緣物質。另外，在本實施例中，歐姆接觸層420可以是光反射性較佳的金屬，如：如銀或鋁之類的材質。值得注意的是，發光元件層410的凸起部410a與凹陷部410b之階差或深度至少須為λ/4以上，當凸起部410a與凹陷部410b之深度或階差為λ/4n時(n為半導體層的折射率)，可獲得繞射效果。為使光線能充分繞射及散射，而凸起部410a與凹陷部410b彼此之間的間距最好在100μm以下，在20μm以下則能達到最好的繞射狀態，且有效減少全反射的現象產生。
由於發光二極體結構600與發光二極體結構300在結構上略有不同，因此其製作方法亦略有差異。其主要差異在於，發光二極體結構600在圖3B所述步驟中，進行圖案化時，同時針對介電層460和P型半導體層416進行圖案化，而形成凸起部410a與這些凹陷部410b位於第一表面S1上所構成的形狀可以是凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
在本實施例中，由於發光二極體結構600與發光二極體結構300在結構與製作方法上僅略有不同，因此發光二極體結構600及其製作方法同樣具有上述之發光二極體結構300及其製作方法所提及的優點。而P型半導體層為具有高電阻的特性，因此，在發光二極體結構600中，圖案化P型半導體層416後可以使得歐姆接觸層420能夠更接近發光層414，進而降低高電阻值對發光二極體結構600之影響。
在又一實施形態中，發光二極體結構700之歐姆接觸層420a亦可以採用如圖8所繪示之填滿凹陷部410a的實施形態，此時歐姆接觸層420a可以視為一種平坦層的形態。因此，導電基板430形成於歐姆接觸層420a上的方式較佳地可以採用貼合的方式，但電鍍亦可。
請繼續參考圖5，第一電極層440配置於第二表面S2上並覆蓋部份發光元件層410，而第二電極層450配置於導電基板430上，且導電基板430位於歐姆接觸層420與第二電極層450之間。在本實施例中，第一電極層440為第一型半導體層412的N型電極，而第二電極層450則可為第二型半導體416的P型電極。詳細而言，若對第一電極層440與第二電極層450施加一驅動電壓時，則發光元件層410便會被激發而產生上述的多道光束L1。
基於上述可知，本實施例之發光二極體結構400可透過將歐姆接觸層420覆蓋於發光元件層410上的凸起部410a與凹陷部410b，從而使得發光元件層410所產生多道光束L1在傳遞至歐姆接觸層420時，被歐姆接觸層420所反射，其中因歐姆接觸層420與發光元件層410所接觸的表面為不規則之表面S1，因此被反射的光束L1在出射於第二表面S2時，其出光的角度便會是呈現偏向全方位的光場分佈，意即發光二極體結構400所提供的出光角度便會較大。此外，若發光二極體結構400若是將歐姆接觸層420採用如圖2B中之雙層結構設計，亦可有效提升發光二極體結構400整體的電性表現及發光效益。
需要說明的是，若歐姆接觸層420僅為透明導電氧化物時，則光束L1亦可透過導電基板430進行光束L1的反射。
另外，本實施例亦可提供一種製作上述發光二極體結構400的方法，其中發光二極體結構400與發光二極體結構100的製作方式於圖3A～圖3C之步驟皆相同，而於圖3C之後的製作步驟則不同於發光二極體結構100的方法，其說明如下。
在發光二極體結構400的製作方法中，首先，先完成前述圖3A～圖3C之步驟。接著，以圖案化介電層為罩幕，移除這些開口P1所暴露出的部分發光元件層510而於第一表面S1上同時形成多個凸起部510a與多個相對這些凸起部510a的凹陷部510b，其中圖案化介電層位於這些凸起部510a上。接著，移除圖案化介電層，以暴露出發光元件層510之凸起部510a，如圖6A所示。在本實施例中，移除部分發光元件層510以形成凸起部510a與凹陷部510b的方式可以是採用乾式蝕刻或是濕式蝕刻。此外，移除圖案化介電層的方式例如是採用乾式蝕刻、濕式蝕刻或是使用移除光阻的溶液移除之。本實施例是以圖案化介電層為光阻，因此，移除圖案化介電層的方式可以是採用有機溶劑移除之。
然後，於第一表面S1上覆蓋一歐姆接觸層530，並與圖案化的發光元件層510連接，如圖6B所示。在本實施例中，形成歐姆接觸層530的方法可以是電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。另外，歐姆接觸530共形於凸起部510a與凹陷部510b，且歐姆接觸層530可以是設計成如圖2A與圖2B所繪示之單層或多層結構。
接著，形成一導電基板540於歐姆接觸層530上，如圖6C所示。在本實施例中，形成導電基板540於歐姆接觸層530的方式可以是採用接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)，其中本實施例是以電鍍法作為舉例說明，即導電基板540適於填滿凹陷部510b而與歐姆接觸層530連接，但不限於此。舉例而言，若歐姆接觸層530是以填滿於凹陷部510b並覆蓋凸起部510a而形成一種平坦層時，則導電基板540則可以採用接合法形成於歐姆接觸層530上。
之後，移除基板B1以暴露出發光元件層510的第二表面S2，如圖6D所示。在本實施例中，移除基板B1以暴露出發光元件層510的第二表面S2的方式例如是採用雷射剝離法(laser lift off)。
接著，形成一第一電極層440於第二表面S2上以覆蓋部份發光元件層510，以及形成一第二電極層450於導電基板540上，至此可形成如圖5所繪示的發光二極體結構400。在本實施例中，形成第一電極層440與第二電極層450的方式可以是採用電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
基於上述的步驟可知，本實施例所提供的製作方法除了可製作出上述的發光二極體結構400外，其亦可僅使用一次轉移基板的製程而製作出如圖5所繪示的發光二極體結構400，從而具有製程步驟較簡易之優點。
綜上所述，本發明之發光二極體結構及其製作方法至少具有下列優點。首先，透過圖案化介電層與第一歐姆接觸層所構成的反光結構，可使發光元件層所產生光束在傳遞至圖案化介電層時，可被第一歐姆接觸層所反射，且被反射的光束在出射於第二表面時，其出光的角度是呈現偏向全方位的光場分佈，意即發光二極體結構所提供的出光角度較大。此外，若第一歐姆接觸層為透明導電氧化物與反射性金屬堆疊層時，將可有效提升發光二極體結構整體的電性表現及發光效益。再者，也可藉由將發光元件層的表面上設計有凸起部與凹陷部，且歐姆接觸層直接地覆蓋於凸起部與凹陷部上，因此歐姆接觸層與發光元件層的接觸面積便會提高，如此一來，除了可使發光二極體結構具有較佳的光學表現外，其電性表現亦可獲得提升。
另外，本發明所提供的製作方法亦可僅使用一次轉移基板的製程而製作出具有前述優點的發光二極體結構，從而具有製程步驟較簡易之優點。
雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，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，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、400、600、700．．．發光二極體結構
110、210、410、510．．．發光元件層
112、412‧‧‧第一型半導體層
114、414‧‧‧發光層
116、416‧‧‧第二型半導體層
120‧‧‧圖案化介電層
130、130a、230‧‧‧第一歐姆接觸層
140、240、430、540‧‧‧導電基板
150、440‧‧‧第一電極層
160、450‧‧‧第二電極層
170‧‧‧第二歐姆接觸層
212‧‧‧N型半導體層
214‧‧‧發光層
216‧‧‧P型半導體層
220、460‧‧‧介電層
222‧‧‧圖案化介電層
410a、510a‧‧‧凸起部
410b、510b‧‧‧凹陷部
B1‧‧‧基板
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
P1‧‧‧開口
L1‧‧‧光束
Q1、Q2、420、420a、530‧‧‧歐姆接觸層
圖1為本發明第一實施例之發光二極體結構的局部剖示圖。
圖2A為圖1之局部放大圖。
圖2B為圖1之另一實施形態的局部放大圖。
圖3A～圖3F為第一實施例之發光二極體結構的製作流程剖示圖。
圖4為本發明第一實施例之另一實施形態的發光二極體結構的局部剖示圖。
圖5為本發明第二實施例之發光二極體結構的局部剖示圖。
圖6A～圖6D為第二實施例之發光二極體結構的製作流程剖示圖。
圖7為本發明第二實施例之另一實施形態的發光二極體結構的局部剖示圖。
圖8為本發明第二實施例之又一實施形態的發光二極體結構的局部剖示圖。
100．．．發光二極體結構
110．．．發光元件層
112．．．第一型半導體層
114．．．發光層
116．．．第二型半導體層
120．．．圖案化介電層
130．．．第一歐姆接觸層
140．．．導電基板
150．．．第一電極層
160．．．第二電極層
S1．．．第一表面
S2．．．第二表面
P1．．．開口
L1．．．光束
Claims (34)
- 一種發光二極體結構，包括：一發光元件層，具有一第一表面與一相對於該第一表面設置之第二表面；一圖案化介電層，配置於該第一表面上，該圖案化介電層具有面向該發光元件層的一頂面、相對於該頂面的一底面以及連接該頂面與該底面的一側面；一第一歐姆接觸層，配置於該圖案化介電層上，且覆蓋該圖案化介電層的該底面、該頂面以及該側面，且該第一歐姆接觸層透過該第一歐姆接觸層與該發光元件層耦接；一導電基板，配置於該第一歐姆接觸層上而與該第一歐姆接觸層耦接；一第一電極，配置於該第二表面上；以及一第二電極，配置於一該導電基板之下表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一歐姆接觸層與該圖案化介電層共形。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體結構，其中該導電基板透過該圖案化介電層而與該第一歐姆接觸層耦接。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體結構，更包括一第二歐姆接觸層，形成於該第一歐姆接觸層並位於該第一歐姆接觸層與該導電基板之間。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體結構， 其中該第二歐姆接觸層為一平坦層。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該發光元件層的材質包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、磷化鋁銦鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵或上述組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該發光元件層包括一第一型半導體層、一發光層及一第二型半導體層，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該圖案化介電層的材質包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿、氧化鋁或光阻材質。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一歐姆接觸層的材質包括金屬材料、透明導電氧化物或半導體材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該第一歐姆接觸層為單層結構或多層結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體結構，其中該圖案化介電層上所構成的形狀包括有凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
- 一種發光二極體結構的製作方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一發光元件層，其中該發光元件層具有一第一表面與一相對該第一表面的第二表面；於該發光元件層的該第一表面上形成一介電層； 圖案化該介電層以形成一具有多個開口的圖案化介電層，其中該些開口暴露出該發光元件層，該圖案化介電層具有面向該發光元件層的一頂面、相對於該頂面的一底面以及連接該頂面與該底面的一側面；於該圖案化介電層上形成一第一歐姆接觸層，該第一歐姆接觸層覆蓋該圖案化介電層的該底面、該頂面以及該側面，其中該第一歐姆接觸層透過該些開口與該發光元件層耦接；形成一導電基板於該第一歐姆接觸層上；以及移除該基板以暴露出該發光元件層的該第二表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體結構的製作方法，其中形成該第一歐姆接觸層的方法包括電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體結構的製作方法，其中在形成該導電基板於該第一歐姆接觸層之前，更包括形成一第二歐姆接觸層於該第一歐姆接觸層上。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體結構的製作方法，其中部分該第二歐姆接觸層適於填滿該些開口而與該第一歐姆接觸層耦接。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體結構的製作方法，其中形成該導電基板於該第一歐姆接觸層的方式包括接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)。
- 如申請專利範圍第15項所述之發光二極體結構的製作方法，其中當該導電基板以電鍍法形成於該第一歐姆 接觸層時，該導電基板適於填滿該些開口而與該第一歐姆接觸層耦接。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體結構的製作方法，其中移除該基板以暴露出該發光元件層的該第二表面的方式包括使用雷射剝離法(laser lift off)。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體結構的製作方法，更包括形成一第一電極於該第二表面上以及形成一第二電極於該導電基板之下表面。
- 一種發光二極體結構，包括：一發光元件層，具有一第一表面及一相對於該第一表面之第二表面，該第一表面具有多個凸起部與多個凹陷部；一歐姆接觸層，覆蓋於該第一表面上並與該發光元件層耦接；一導電基板，配置於該歐姆接觸層上而與該歐姆接觸層耦接；一第一電極，配置於該第二表面上；一第二電極，配置於一該導電基板之下表面；以及多個介電層，分別配置於該些凸起部上，且每一該些介電層位於該發光元件層與該導電基板之間，其中該些介電層暴露部份的歐姆接觸層。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該些介電層的材質包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鉿、氧化鋁或光阻材質。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該歐姆接觸層適於填滿該些介電層之間的多個開口，且該歐姆接觸層為一平坦層。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該發光元件層的材質包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化鋁銦鎵、磷化鋁銦鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鎵或上述組合。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該發光元件層包括一第一型半導體層、一發光層及一第二型半導體層，該發光層位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該歐姆接觸層的材質包括金屬材料、透明導電氧化物或半導體材料。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該歐姆接觸層為單層結構或多層結構。
- 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體結構，其中該些凸起部與該些凹陷部於該第一表面上所構成的形狀包括有凸出或凹陷之對稱花紋、不對稱花紋、梯形或圓錐形的結構。
- 一種發光二極體結構的製作方法，包括：提供一基板；於該基板上形成一發光元件層，其中該發光元件層具有一第一表面與一相對該第一表面的第二表面，且該第二表面與該基板接觸； 於該發光元件層的該第一表面上形成一介電層；圖案化該介電層以形成一具有多個開口的圖案化介電層，其中該些開口暴露出該發光元件層；以該圖案化介電層為罩幕，移除該些開口所暴露出的部分該發光元件層以於該第一表面上形成多個凹陷部與多個相對該些四陷部的凸起部，其中該圖案化介電層位於該些凸起部上；於該第一表面上覆蓋一歐姆接觸層，其中該歐姆接觸層適於填入該些凹陷部而與該發光元件層耦接；形成一導電基板於該歐姆接觸層上；移除該基板以暴露出該發光元件層的該第二表面；形成一第一電極層於該第二表面上以覆蓋部份該發光元件層；以及形成一第二電極層於該導電基板上。
- 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體結構的製作方法，其中形成該歐姆接觸層的方法包括電鍍法、蒸鍍法、濺鍍法或沉積法。
- 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體結構的製作方法，其中形成該導電基板於該歐姆接觸層的方式包括接合法(bonding)或電鍍法(electroplate)。
- 如申請專利範圍第30項所述之發光二極體結構的製作方法，其中當該導電基板以電鍍法形成於該歐姆接觸層時，該導電基板適於填滿該些凹陷部而與該歐姆接觸層連接。
- 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體結構的製作方法，其中於該第一表面上覆蓋該歐姆接觸層時，更包括將該歐姆接觸層填滿該些凹陷部而與該發光元件層連接。
- 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體結構的製作方法，其中在覆蓋該歐姆接觸層於該第一表面之前，更包括移除位於該些凸起部上的該圖案化介電層。
- 如申請專利範圍第28項所述之發光二極體結構的製作方法，其中移除該基板以暴露出該發光元件層的該第二表面的方式包括使用雷射剝離法(laser lift off)。
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