TWI478372B - 具有中空結構之柱狀結構之發光元件及其形成方法 - Google Patents
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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(折射率為1)的折射率。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。
根據上述目的,本發明提供一種發光元件,包含:一基板;一第一半導體導電層,形成在基板上,且第一半導體導電層具有一第一區域及一第二區域;發光層,形成在部份第一半導體導電層之第一區域上;第二半導體導電層,形成在發光層上且第二半導體導電層上具有中空結構之複數個柱狀結構;一透明導電層,包覆具有中空結構之複數個柱狀結構;第一電極,形成在透明導電層上;及第二電極,形成在第一半導體導電層之第二區域上。
另外,本發明還揭露一種發光元件,包含:一基板;一第一半導體導電層,形成在基板上,且第一半導體導電層具有第一區域及第二區域;發光層,形成在部份第一半導體導電層之第一區域上;一第二半導體導電層,形成在發光層上且第二半導體導電層之部份表面為一粗糙表面;複數個具有中空結構之柱狀結構,形成在部份第二半導體導電層之一表面上,且複數個柱狀結構之一外表面及中空結構之一表面為一粗糙表面;透明導電層,包覆具有中空結構之複數個柱狀結構;第一電極,形成在透明導電層上;及第二電極,形成在第一半導體導電層之第二區域上。
本發明還提供另一種發光元件,包含:提供一基板,具有一上表面及一下表面;一第一半導體導電層,形成在基板之上表面之上;一發光層,形成在第一半導體導電層上;一第二半導體導電層,形成在發光層上且第二半導體導電層上具有中空結構之複數個柱狀結構;一透明導電層,包覆具有中空結構之複數個柱狀結構;一第一電極,形成在基板之該下表面及一第二電極,形成在透明導電層上。
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至第2B係表示在發光元件中形成具有中空結構之柱狀結構之示意圖。首先,在第2A圖中,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(未在圖中表示)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,可以知道,在形成發光元件的基本結構中,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中的半導體磊晶堆疊結構中,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,當第二半導體導電層16為n型半導體導電層時,則第一半導體導電層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,利用半導體製程,例如微影製程及蝕刻製程,先在第二半導體導電層16上形成一圖案化之光阻層(未在圖中表示);接著,利用蝕刻步驟,依序移除部份第二半導體導電層16、部份發光層14及部份第一半導體導電層14並以部份第一半導體導電層12為蝕刻終止層,以曝露出部份第一半導體導電層12,使得形成在基板10上的半導體磊晶堆疊結構具有第一區域12A及第二區域12B。
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,係再次利用半導體製程,例如;微影製程及蝕刻製程,將具有圖案化之另一個光阻層(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,在光阻層上製作柱狀結構18的圖案時,係利用黃光顯影技術在部份第二半導體導電層16的發光區域定義出柱狀結構的圖形。接著,利用乾蝕刻的方式,移除部份第二半導體導電層16,使得在第二半導體導電層16表面形成柱狀結構18,且在此柱狀結構18內移除部份第二半導體導電層16、部份發光層14及部份第一半導體導電層12以形成具有一中空結構之柱狀結構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,每一個具有中空結構(181,183,185、187、189)之柱狀結構18形成在部份第二半導體導電層16上方,且曝露出的區域為部份第一半導體導電層12,此曝露的區域係預留在後續製程中形成第一電極(未在圖中表示)的第二區域12B。
接著,第3圖分別表示具有中空結構之柱狀結構之示意圖。在第3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;於另一實施例中,柱狀結構18之中空結構183的深度係由第二半導體導電層16向下延伸至發光層14且曝露出發光層14之表面;或是由第二半導體導電層16向下延伸至發光層14之任意深度,如參考標號185所示;另外,柱狀結構18之中空結構187的深度可以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;或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之任意深度,如參考標號189所示。在此要說明的是,在本發明的實施例中,每一個在發光元件中的每一個柱狀結構18的中空結構(181、183、185、187、189)可以具有相同的深度。於另一實施例,在發光元件中的每一個柱狀結構18可以具有不相同深度之中空結構(181、183、185、187、189)可以具有不相同的深度。其目的均是為了增加由發光層14所發出的光在半導體磊晶堆疊結構中的柱狀結構18的散射效率。
接著,第4A圖,係表示具有中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之示意圖。在第4A圖中,先於基板10上形成半導體磊晶堆疊結構,且半導體磊晶堆疊結構包含:第一半導體導電層12形成在基板10上;發光層14形成在第一半導體導電層12上以及第二半導體導電層16形成在發光層14上。要說明的是,半導體磊晶堆疊結構的形成方式、結構及功能均與前述相同,在此不再多加描述。接下來,係以深度與柱狀結構18相同高度之中空結構181(如第3圖所示)做為說明。在基板10上形成具有中空結構181之複數個柱狀結構18之後,於整個第二半導體導電層16上形成一透明導電層24,且包覆住具有粗糙表面21之中空結構181之複數個柱狀結構18。在此實施例中,透明導電層24的厚度約為2500埃,其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12所曝露之部份表面上(第二區域12B)形成第一電極26,此第一電極26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24上形成一層厚度約為2000um之第二電極28。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28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。
另外,在第4B圖中,係表示具有中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之另一實施例之示意圖。在第4B圖中,在此,先於基板10上形成半導體磊晶堆疊結構,且半導體磊晶堆疊結構包含:第一半導體導電層12形成在基板10上;發光層14形成在第一半導體導電層12上以及第二半導體導電層16形成在發光層14上。要說明的是,半導體磊晶堆疊結構的形成方式、結構及功能均與前述相同,在此不再多加描述。接下來,係以深度與柱狀結構18相同高度之中空結構181(如第3圖所示)做為說明。在基板10上形成具有中空結構181之複數個柱狀結構18之後,利用光輔助電化學蝕刻製程,在每一個柱狀結構18的內表面18A及外表面18B及第二半導體導電層16之所曝露之部份表面上形成粗糙表面21。在此,形成粗糙表面21的目的在於增加由發光層14發出來的光取出效率。
緊接著,在複數個柱狀結構18之內表面18A及外表面18B形成粗糙表面21之後,同樣於整個第二半導體導電層16上形成一透明導電層24,且包覆住具有粗糙表面21之中空結構181之複數個柱狀結構18。在此實施例中,透明導電層24的厚度約為2500埃,其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12所曝露之部份表面上(第二區域12B)形成第一電極26,此第一電極26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24上形成一層厚度約為2000um之第二電極28。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28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26及第二電極28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。
接著,第5A圖係表示本發明所揭露之係表示具有中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之另一實施例之示意圖。在第5A圖中,先於基板10上形成半導體磊晶堆疊結構,且半導體磊晶堆疊結構包含:第一半導體導電層12形成在基板10上;發光層14形成在第一半導體導電層12上以及第二半導體導電層16形成在發光層14上。接下來,係表示在基板10上形成半導體磊晶堆疊結構,且半導體磊晶堆疊結構包含:第一半導體導電層12形成在基板10上;發光層14形成在第一半導體導電層12上以及第二半導體導電層16形成在發光層14上。要說明的是,半導體磊晶堆疊結構的形成方式、結構及功能均與前述相同,在此不再多加描述。
接著,在基板10上形成半導體磊晶堆疊結構(由下而上分別為:第一半導體導電層12、發光層14、第二半導體導電層16)之後,利用乾蝕刻的方式,移除部份第二半導體導電層16,使得在第二半導體導電層16上形成柱狀結構18,且在此柱狀結構18內移除部份第二半導體導電層16、部份發光層14及部份第一半導體導電層12以形成具有一中空結構之柱狀結構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柱狀結構18增加散射效率,因此,可以提升發光元件的取光效率。
然後,在整個第二半導體導電層16上形成一透明導電層24,用以包覆住整個第二半導體導電層16及具有粗糙表面21之中空結構181之複數個柱狀結構18,其透明導電層24的厚度約為2500埃,其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,在基板10之下表面上形成第一電極26,此第一電極26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24上形成一層厚度約為2000um之第二電極28,而第二電極28之材料可以與第一電極26相同。在此要說明的是由於第一電極26及第二電極28在發光元件的製程中為一習知技藝,故在此實施例中不再進一步的敘述。
另外,第5B圖係表示具有粗糙表面之中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之又一實施例之示意圖。在此,先於基板10上形成半導體磊晶堆疊結構,且半導體磊晶堆疊結構包含:第一半導體導電層12形成在基板10上;發光層14形成在第一半導體導電層12上以及第二半導體導電層16形成在發光層14上。要說明的是,半導體磊晶堆疊結構的形成方式、結構及功能均與前述相同,在此不再多加描述。接下來,在第二半導體導電層16上形成具有中空結構之複數個柱狀結構18之後,利用光輔助電化學蝕刻製程,對於每一個柱狀結構18的內表面18A及外表面18B及部份第二半導體導電層16之表面上形成粗糙表面21。在此實施例中,形成粗糙表面21的目的在於增加由發光層14發出來的光取出效率。
緊接著,係在第二半導體導電層16上形成一透明導電層24,以包覆住具有粗糙表面21之中空結構181之複數個柱狀結構18。在此實施例中,透明導電層24的厚度約為2500埃,其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,在基板10之下表面上形成第一電極26,此第一電極26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24上形成一層厚度約為2000um之第二電極28,而第二電極28之材料可以與第一電極26相同。在此要說明的是由於第一電極26及第二電極28在發光元件的製程中為一習知技藝,故在此實施例中不再進一步的敘述。
在此要說明的是,在第4A圖、第4B圖、第5A圖及第5B圖之結構中,其柱狀結構18的中空結構(181、183、185、187、189)的深度、形成方式均與第3圖所揭露之結構相同,在此不再多加陳述。
因此,根據以上所述,藉由具有中空結構之柱狀結構增加由發光層所發出的光的散射作用,另外藉由柱狀結構之內表面及外表面的粗糙表面可以提升光線在發光元件內的散射效率,進而提高發光元件的光取出效率。
10、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...第一半導體導電層
12A...第一區域
12B...第二區域
14...發光層
16...第二半導體導電層
18...柱狀結構
18A...內表面
18B...外表面
181、183、185、187、189...中空結構
21...粗糙表面
24...透明導電層
26...第一電極
28...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至第2B係表示本發明所揭露之發光元件之各步驟形成之示意圖;
第3圖分別表示具有不同深度之中空結構之柱狀結構之示意圖;
第4A圖係表示在具有中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之示意圖;
第4B圖係表示形成具有粗糙表面之中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之示意圖;
第5A圖係根據本發明所揭露之具有中空結構之柱狀結構之發光元件之另一實施例之示意圖;及
第5B圖係表示具有粗糙表面之中空結構之複數個柱狀結構之發光元件之又一實施例之示意圖。
10...基板
12...第一半導體導電層
12A...第一區域
12B...第二區域
14...發光層
16...第二半導體導電層
18...柱狀結構
181...中空結構
18A...外表面
18B...內表面
20...透明導電層
22...第一電極
24...第二電極
Claims (18)
- 一種發光元件,包含:一基板;一第一半導體導電層,形成在該基板上,且該第一半導體導電層具有一第一區域及一第二區域;一發光層,形成在該第一半導體導電層之部份該第一區域上;一第二半導體導電層,形成在該發光層上且該第二半導體導電層上具有中空結構之複數個柱狀結構;及一透明導電層,包覆具有該中空結構之該些柱狀結構。
- 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之該中空結構之深度相同,且該深度選自於由該第二半導體導電層向下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一表面或由該第二半導體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所組成之結構。
- 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之該中空結構之深度不同,且該深度選自於由該第二半導體導電層向下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一表面、及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所組成之結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,更包含在該第二半導體導電層之部份表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,更包含在該中空結構之一內表面及一外表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光元件,更包含一第一電極,設置在該第一半導體導電層之該第二區域上。
- 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。
- 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該第二半導體導電層之部份表面。
- 如申請專利範圍第8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。
- 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,形成在該發光層上且該第二半導體導電層上具有中空結構之複數個柱狀結構;及一透明導電層,包覆具有該中空結構之該些柱狀結構。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之深度相同,且該深度選自於由該第二半導體導電層向下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一表面或由該第二半導體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所組成之結構。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光元件,其中每一該柱狀結構之該中空結構之深度不同,且該深度選自於可以是由該第二半導體導電層向下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一表面及由該第二半導體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所組成之結構。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光元件,更包含在該第二半導體導電層之部份表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光元件,更包含在該中空結構之一內表面及一外表面為一粗糙表面。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光元件,更包含一第一電極設置在該基板之該下表面。
- 如申請專利範圍第10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。
- 如申請專利範圍第10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部份表面。
- 如申請專利範圍第17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。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050202581A1 (en) * | 2002-12-19 | 2005-09-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing nitride based semiconductor light-emitting device |
US20060234408A1 (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for manufacturing vertical group III-nitride light emitting device |
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Patent Citations (4)
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---|---|---|---|---|
US20050202581A1 (en) * | 2002-12-19 | 2005-09-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing nitride based semiconductor light-emitting device |
US7345321B2 (en) * | 2005-01-05 | 2008-03-18 | Formosa Epitaxy Incorporation | High-brightness gallium-nitride based light emitting diode structure |
US20060234408A1 (en) * | 2005-04-14 | 2006-10-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method for manufacturing vertical group III-nitride light emitting device |
US20080303018A1 (en) * | 2005-12-09 | 2008-12-11 | Electronics And Telecommunications Research Instit | Silicon-Based Light Emitting Diode for Enhancing Light Extraction Efficiency and Method of Fabricating the Same |
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