TWI487133B - 經粗化之高折射率索引層／用在高光提取之發光二極體 - Google Patents

經粗化之高折射率索引層／用在高光提取之發光二極體 Download PDF

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Description

經粗化之高折射率引層/用在高光提取之發光二極體
本發明係關於發光二極體(LED)，且更特定言之，係關於用於提高對來自LED之光的提取的新結構。
發光二極體(LED)係一類將電能轉換為光的重要固態裝置，且通常包含一夾與兩相反摻雜層之間的半導體材料活性層。當將偏壓施加至整個摻雜層上時，電洞及電子經噴射進入活性層中，在活性層中其再結合以產生光。光自活性層且自LED之所有表面全向射出。
近期，吾人已對由以第III族氮化物為主的材料系統形成之LED抱有濃厚的興趣，因為其具有獨特的材料特性組合，包括高擊穿電場、寬帶隙(室溫下GaN的帶隙為3.36 eV)，大導帶偏移及高飽和電子漂移速度。摻雜層及活性層通常形成於可由諸如矽(Si)、碳化矽(SiC)及藍寶石(Al2 O3 )等不同材料製成的基板上。SiC晶圓通常較佳，因為其具有與第III族氮化物更加匹配的晶格，此導致具有更高品質的第III族氮化物薄膜。SiC亦具有很高的熱傳導性，使得SiC上第III族氮化物裝置的總輸出功率不受晶圓熱阻的限制(如形成於藍寶石或矽上的一些裝置受限於此)。而且，半絕緣SiC晶圓的可用性為裝置隔離及減少的寄生電容提供容量，使得商業裝置成為可能。SiC基板可自North Carolina,Durham的Cree Inc.購得，用於生產其之方法稱述於科學文獻以及美國專利第Re.34,861號；第4,946,547號及第5,200,022號中。
在製造高效LED的過程中，對來自LED的光的有效提取是主要問題。對於習知的具有單個外部耦合表面的LED，外部量子效率受來自LED之發射區域且穿過基板的光的全內反射(TIR)限制。TIR可由LED的半導體與周圍環境之間的折射率之間的較大差值引起。具有SiC基板的LED具有相對較低的光提取效率，因為SiC的折射率(大約2.7)相對於諸如環氧樹脂(大約1.5)的周圍材料的折射率較高。此差值導致來自活性區域的光線由其可自SiC基板傳輸至環氧樹脂，且最終逃離LED封裝的較小的逃逸錐面。
已開發不同方法來降低TIR並改良總的光提取，其中較受歡迎的一種為表面蝕紋。表面蝕紋通過提供變化表面，使光子有多個機會找到逃逸錐面來提高光的逃逸概率。未找到逃逸錐面的光會繼續經受TIR，且以不同的角度反射出蝕紋表面，直至其找到逃逸錐面。表面蝕紋的益處已在若干文章中論述過。[請參閱Windisch等人的Impact of Texture－Enhanced Transmission on High－Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes ，美國應用物理快報(Appl.Phys.Lett.)第79卷第15號，2001年10月，第2316－2317頁；Schnitzer等人的30% External Quantum Efficiency From Surface Textured,Thin Film Light Emitting Diodes ，美國應用物理快報第64卷，第16號，1993年10月，第2174－2176頁；Windisch等人的Light Extraction Mechanisms in High－Efficiency Surface Textured Light Emitting Diodes ,IEEE學報量子電子中所選主題(IEEE Journal on Selected Topics)，第8卷，第2號，2002年3月/4月，第248－255頁；Streubel等人的High Brightness AIGaNInP Light Emitting Diodes ,IEEE學報量子電子中所選主題，第8卷，2002年3月/4月號]。
授予Cree Lighting公司之美國專利第6,410,942號揭示了LED結構，其包括形成於第一布展層與第二布展層之間的一陣列電互連微LED。當將偏壓施加至整個塗佈機上時，微LED發射光。來自該等微LED中之每一微LED的光在僅行進一較短的距離後便達到一表面，藉此降低TIR。
亦授予Cree Lighting公司之美國專利第6,657,236號揭示了用於藉由使用以一陣列形成之內部及外部光學元件而提高LED中之光提取的結構。光學元件具有許多不同形狀，諸如半球形及棱錐形，且可置於LED各層的表面上或各層內。元件提供可反射、折射或散射光的表面。
簡要概括而言，本發明係針對於具有用於提供增加的光提取之區域的發光二極體(LED)。在若干態樣中之一態樣中，本發明係關於一種LED，其包含：一p型材料層；一n型材料層；及一活性層，其位於該p型層與該n型層之間。LED亦包含一經粗化之透明材料層，其鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者。
本發明亦係關於一種具有以下層的LED：一p型材料層；一n型材料層；一活性層，其位於該p型層與該n型層之間；及一透明導電材料層，其鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者。該LED進一步包括一經粗化之透明材料層，其鄰近該透明導電層。
在另一態樣中，本發明係關於一種具有以下層的LED：一p型材料層；一n型材料層；一活性層，其位於該p型層與該n型層之間；及一金屬導電材料層，其鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者。該LED亦包括一經粗化之透明材料層，其鄰近該金屬材料層。
在若干其他態樣中，本發明係關於形成一LED之製程。一製程包括：生長一包括一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層的基礎LED結構。該製程進一步包括：鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者沈積一透明材料層，及粗化該透明材料層。
形成一LED之另一製程包括：生長一包括一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層的基礎LED結構。該製程亦包括：鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者沈積一透明導電材料層，及鄰近該透明導電材料層沈積一透明材料層。該製程進一步包括：粗化該透明材料層。
形成一LED之另一製程包括：生長一包括一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層的基礎LED結構。亦包括於此製程中的為：鄰近該p型材料層及該n型材料層中之一者沈積一金屬材料層，及鄰近該金屬材料層沈積一透明材料層。該製程進一步包括：粗化該透明材料層。
本發明之此等及其他態樣及優點將自以下詳細說明及隨附圖式中顯而易見，其藉由舉例方式說明本發明之特徵。
本發明藉由一直接沈積於具有一相關LED接點之LED表面上的經粗化之透明材料層，來為發光二極體(LED)提供改良的光提取。該經粗化之透明材料層具有與鄰近該透明材料層之LED材料的折射率相近或大體相同的折射率。折射率的接近性確保自LED發射出的大部分光將自LED材料穿過進入經粗化之透明材料層中。
透明材料層可由具有高透明度的材料形成，且其厚度要允許經粗化之表面的形成足以散射光且增加光提取。透明材料層可為導電材料，在該種狀況下，LED材料與相關LED接點之間的電連通是穿過透明層的。
在根據本發明之一些實施例中，粗化層可由未必導電的高透明材料形成。在此等狀況下，LED材料與相關LED接點之間的電連通可藉由LED接點與LED表面之間的直接接觸提供，或藉由在經粗化之透明材料層與LED表面之間提供一額外導電材料層來提供。此額外層可為一諸如透明導電氧化物(TCO)材料層，或透明金屬材料層之透明導電材料層。當導體材料用作LED接點的歐姆、電流散佈接點時，額外導電材料層的透明度通常不如經粗化之透明材料層的透明度高，且因此大體上比粗化層薄。
現請參看圖式，且特定參看圖1，圖中顯示了p面朝上的基礎LED結構10，其中包括一p型材料層12，一n型材料層14及一夾於該p型層與該n型層之間的活性材料層16。將一經粗化之光提取區域18添加至基礎LED結構，以形成一具有高光提取屬性的LED。如下文所述，經粗化之光提取區域18可採用若干形式中之任一者。p型接點20與光提取區域18相關聯，而n型接點22與n型材料層相關聯。
該基礎LED結構可由諸如以第III族氮化物為主之材料系統的不同材料系統製成。第III族氮化物係指彼等在氮與週期表之第III族中的元素(通常為鋁(AL)、鈣(Ga)及銦(In))之間形成的半導體化合物。該術語亦指三元及三重化合物，例如AlGaN及AlInGaN。在一較佳實施例中，p型材料及n型材料為GaN，而活性材料為InGaN。在替代實施例中，p型及n型材料可為AlGaN、AlGaAs或AlGaInP。
參看圖2a，藉由在基板30上生長p－GaN層24、n－GaN層26及活性材料層28而形成根據本發明之一高光提取LED之實施例。如圖所示，該n－GaN26鄰近基板30，活性材料28在n－GaN層26上，而p－GaN在活性材料28上。在其他實施例中，此等層之次序可有所不同，其中p－GaN鄰近基板30，而n－GaN層26作為頂層，其中活性材料28位於兩者之間。
基板30可由許多材料製成，例如藍寶石、碳化矽、氮化鋁(AlN)、GaN，其中適當的基板為碳化矽的4H多型體，但亦可使用包括3C、6H及15R多型體在內的其他碳化矽多型體。與藍寶石相比，碳化矽具有與第III族氮化物更加匹配的晶格，且導致具有更高品質的第III族氮化物薄膜。碳化矽亦具有非常高的熱傳導，使得碳化矽上之第III族氮化物裝置的總輸出功率不受基板的熱消耗限制(如形成於藍寶石上之一些裝置可將受限於此)。而且，碳化矽基板的可用性為裝置隔離及減少的寄生電容提供容量，使得商業裝置成為可能。SiC基板可自North Carolina,Durham的Cree Research Inc.購得，用於生產其之方法稱述於科學文獻以及美國專利第Re.34,861號；第4,946,547號及第5,200,022號中。
在根據本發明之一實施例中，藉由使用有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)在基板30上生長層24、層26及層28。如圖2b中所示，亦較佳藉由MOCVD直接在p型層24之表面上沈積一透明材料層32。使用相同技術來沈積透明材料層32且生長基礎LED結構層24、26及28是有利的，因為其藉由使用一單個製造系統而提供增加的效率及成本降低。其他沈積透明材料層32之方法包括濺鍍及電子束沈積法。
參看圖2c，例如藉由雷射或化學蝕刻移除透明材料層32之一部分，且藉由使用此項技術中習知之技術鄰近p－GaN層24之暴露部分形成一p型接點34。如圖2d中所示，接著藉由使用例如用以建立圖案之光微影與用以建立紋理之乾式或濕式光電化(PEC)蝕刻的組合來粗化透明材料層32。參看圖2e及圖2f，藉由使用(例如)已知雷射剝離(LLO)製程來將基板30與n型層26分離且在n型層上形成n型接點(圖2e)，或藉由在基板上形成n型接點(圖2f)，而將n型接點36添加至LED中。若基板30是由諸如AlN或藍寶石之絕緣材料形成，則使用前一種形成方法。若基板30是由諸如SiC或GaN之導電材料形成，則可使用後一種形成方法。與p型接點相同，n型接點係藉由使用此項技術中習知技術形成。
在此配置中，LED之光提取區域18(圖1)包括經粗化之透明材料層32。在一較佳實施例中，選擇具有與p型材料相近或大體相同之折射率的透明材料，使得穿過p型層射向p型層與透明材料層之間的接面的光可穿過接面進入透明材料中，而不會有顯著反射。折射率之間的接近性的例示性定量度量為±.3。因此，例如，若p型層之材料為GaN，其折射率大約為2.45(n2.45)，則透明材料之折射率可在2.15與2.75之間。折射率在此範圍內的可能材料包括氧化物材料，例如ZnO、MgO、In2 O3 、TiO2 、PbO、ZnSnO、NiO及氧化銦錫(ITO)，以及其他材料，例如ZnS及CdS。
透明材料層32可具有許多不同厚度，其典型厚度在1000至15,000埃(Å)之範圍內，且較佳厚度為大約2,500Å。此等厚度允許形成具有尺寸足以提高光提取之幾何特徵的粗化表面。該等幾何特徵可包括(例如)：棱錐形、半球形或六角錐形。此等幾何特徵減少在材料/空間介面處的內部光反射，且將光向外散射。
參看圖3a，亦藉由在基板46上生長p-GaN層40、n-GaN層42及活性材料層44而初始形成根據本發明之高光提取LED的另一實施例，其中在不同實施例中層的次序不同，且基板是上述多種不同材料。在一較佳實施例中，藉由使用MOCVD在基板46上生長層40、層42及層44。如圖3b中所示，亦較佳藉由MOCVD在p型層40之上表面上直接沈積一透明導電材料層48。沈積透明導電層48的其他方法包括濺鍍及電子束沈積法。
參看圖3c，可鄰近透明導電層48形成一p型接點50。如圖3d中所示，藉由使用(例如)PEC蝕刻可接著粗化圍繞p型接點50的透明導電層48。如圖3e及圖3f中所示，藉由使用LLO製程將基板46與n型層42分離且在n型層上形成n型接點(圖3e)，或在導電基板46之狀況下，藉由在基板上形成n型接點(圖3f)，可將n型接點52添加至LED中。
在此配置中，LED之光提取區域18(圖1)包括經粗化之透明導電層48。與先前所描述之實施例相同，透明導電層較佳由具有與p型層40之材料相近或大體相同的折射率的材料形成。該等透明導電材料之實例包括(但不限於)：透明導電氧化物(TCO)，例如Ga2 O3 、InO、ZnO、In2 O3 及ITO。該透明導電層48可在整個p型層及n型層上提供更加均勻的電流分佈，且因此在活性區域中提供更均勻的光產生。
透明導電層48可具有許多不同厚度，其典型厚度係在1,000至15,000埃()之範圍內，且一較佳厚度為大約2,500。此等厚度允許形成具有尺寸足以提高光提取之幾何特徵的粗化表面，以及用於電流分佈之目的之鄰近p型層40的剩餘透明導電材料層兩者。
參看圖4a，亦藉由在一基板66上生長p－GaN層60、n－GaN層62及活性材料層64而初始形成根據本發明之高光提取LED的另一配置，其中在其他實施例中層的次序不同，且基板是由上述不同材料製成。在一實施例中，藉由使用MOCVD在基板66上生長層60、層62及層64。如圖4b中所示，在p型層60之上表面上直接沈積一透明導電材料層68。在該透明導電層68之上表面上直接沈積一透明材料層70。該透明導電層68及該透明材料70之沈積較佳係由MOCVD完成。其他沈積層68、70的方法包括濺鍍及電子束沈積法。
參看圖4c，例如藉由雷射或化學蝕刻移除透明材料層70之一部分，且鄰近該透明導電層68之暴露部分形成一p型接點72。如圖4d中所示，接著藉由使用(例如)PEC蝕刻可粗化圍繞p型接點72的透明材料層70。參看圖4e及4f，與先前所述之配置相同，藉由將基板66與n型層62分離且在n型層上形成n型接點(圖4e)，或在導電基板之狀況下，藉由在基板上形成n型接點(圖4f)，可將n型接點74添加至LED中。
在此配置中，LED之光提取區域18(圖1)包括經粗化之透明材料層70及透明導電層68。該透明導電層68在整個p型層及n型層上提供更加均勻的電流分佈，且因此在活性區域中提供更均勻的光產生，而該透明材料層70為透明度相對高於透明導電層的材料提供了一個平臺。
透明導電層68及透明材料層70皆可由具有與p型層之材料相近或大體相同的折射率的材料形成。與上述類似，透明導電材料之實例包括：Ga2 O3 、InO、ZnO、In2 O3 及ITO。透明材料層70之可能材料包括氧化物材料，例如ZnO、MgO、In2 O3 、TiO2 、pbO、ZnSnO、NiO及ITO，以及其他材料，例如ZnS及CdS。雖然透明導電層68與透明材料層70可由相同材料形成，但在一較佳實施例中，透明材料層是由具有高於透明導電層之材料的透明度的材料形成。
透明導電層68與透明材料層70亦可具有許多不同厚度，其中該兩者之典型厚度範圍為1,000至15,000。透明導電層68應足夠厚，以執行其電流分佈功能，而同時足夠薄，使得其較低的透明度不會降低光提取。透明材料層70通常厚於透明導電層68，以便允許形成具有尺寸足以提高光提取之幾何特徵的粗化表面。
參看圖5a，亦藉由在基板86上，按圖所示次序或以不同次序生長p－GaN層80、n－GaN層82及活性材料層84而初始形成根據本發明之高光提取LED的另一配置。該基板可由上述許多不同材料製成，且在一較佳實施例中，可藉由使用MOCVD在基板86上生長層80、層82及層84。如圖5b中所示，在p型層80上沈積一金屬材料薄層88。該金屬材料88充當歐姆、電流散佈接點，且較佳由諸如Pd、Pt、Pd/Au、Pt/Au、Ni/Au、NiO/Au或其任何合金的半透明金屬形成。金屬層的沈積可藉由使用MOCVD或其他習知方法完成，包括(例如)濺鍍及電子束沈積法。
參看圖5c，鄰近金屬材料層88形成一p型接點90，且在該p型接點周圍沈積一透明材料層92。該透明材料層92可藉由使用MOCVD或其他習知方法沈積，包括(例如)濺鍍及電子束沈積法。如圖5d中所示，接著藉由使用(例如)PEC蝕刻而粗化圍繞p型接點90之透明材料層92。參看圖5e及圖5f，與先前所述之配置相同，藉由LLO製程將基板86與n－GaN層82分離且在n－GaN層上形成n型接點(圖5e)，或藉由在基板上形成n型接點(圖5f)，而將n型接點94添加至LED中。
在此配置中，LED之光提取區域18(圖1)包括金屬材料層88及經粗化之透明材料層92。
與先前配置相同，透明材料層92較佳由具有與p型層之材料相近或大體相同的折射率的材料形成。透明材料層92的可能材料包括：氧化物材料，例如ZnO、MgO、In2 O3 、TiO2 、PbO、ZnSnO、NiO及ITO；以及其他材料，例如ZnS及CdS。
關於金屬材料層88與透明材料層92之相對厚度，該金屬材料層88之厚度通常係在10至1000的範圍內，而透明材料層70之厚度通常係在1000至15,000的範圍內。在一個實施例中，該金屬層大約為100埃厚。金屬材料層88通常恰好足夠厚，以執行其電流分佈功能，而同時足夠薄，使得其半透明性質不會顯著降低光提取。金屬材料層88可由許多不同材料製成，包括(但不限於)：Pd、Au及NiAu。透明材料層92通常厚於金屬材料層88，以便允許形成具有尺寸足以提高光提取之幾何特徵的粗化表面。
現請參看圖6，圖中顯示了n面朝上的基礎LED結構100，其中包括一p型材料層102，一n型材料層104及一夾於該p型層與該n型層之間的活性材料層106。LED結構100亦包括一經粗化之光提取區域108，其如下文所述，可採用若干形式中之任一者。n型接點110與光提取區域108相關聯，而p型接點112與p型材料層相關聯。在一較佳實施例中，p型材料及n型材料為GaN，而活性材料為InGaN。在其他實施例中，p型及n型材料可為AlGaN、AlGaAs或AlGaInP。
參看圖7a，藉由在基板120上生長p-GaN層114、n-GaN層116及活性材料層118而形成一LED基礎結構，其中該基板可由上述基板材料製成。在一較佳實施例中，藉由使用MOCVD在基板120上生長層114、層116及層118。如圖7b中所示，於p型材料層114上形成一p型接點122。
參看圖7c，將該結構倒置且黏合至子基板124上。該子基板124可為由不同材料製成的多種不同結構，例如鍍Au之Si子基板。可將圖7c中所示的基板120自n型層116中脫離，留下圖7d中所示的LED基礎結構126。基板120可由許多習知製程移除，包括LLO製程。如下文所述，可將若干經粗化之光提取區域118中之任一者添加至LED基礎結構126，以形成一具有高光提取屬性的LED。
如圖8a中所示，藉由將一透明材料層130直接沈積至基礎LED結構之n型層116之上表面上而形成根據本發明之高光提取LED之一配置。該透明材料層130可藉由使用若干方法中之任一方法沈積，包括MOCVD、濺鍍及電子束沈積法。
參看圖8b，例如藉由雷射或化學蝕刻移除透明材料層130之一部分，且鄰近n型層116之暴露部分形成一n型接點132。如圖8c中所示，藉由使用(例如)PEC蝕刻可接著粗化透明材料層130。
在此配置中，LED之光提取區域108(圖6)包括經粗化之透明材料層130。該經粗化之透明材料層130具有與先前關於圖2a-2f之配置所述的相同的屬性。
如圖9a中所示，藉由將一透明導電材料層140直接沈積至基礎LED結構之n型層116之上表面上而形成根據本發明之高光提取LED的另一配置。透明導電材層140可藉由使用若干方法中之任一方法沈積，包括MOCVD、濺鍍及電子束沈積法。
參看圖9b，鄰近透明導電層140形成一n型接點142。如圖9c中所示，接著藉由使用(例如)PEC蝕刻而粗化該透明導電層140。
在此配置中，LED之光提取區域108(圖6)包括經粗化之透明導電層140。此經粗化之透明導電層140具有與先前關於圖3a－3f之配置所述的相同的屬性。
如圖10a中所示，藉由將一透明導電材料層150直接沈積至基礎LED結構之n型層116之上表面上而形成根據本發明之高光提取LED的另一配置。直接在透明導電層150上沈積一透明材料層152。該透明導電層150及該透明材料152之沈積較佳係由MOCVD完成。沈積層150、152之其他可能方法包括濺鍍及電子束沈積法。
參看圖10b，例如藉由雷射或化學蝕刻移除透明材料層152之一部分，且鄰近該透明導電層150之暴露部分形成一n型接點154。如圖10c中所示，可接著藉由使用(例如)PEC蝕刻粗化圍繞n型接點154之透明材料層152。
在此配置中，LED之光提取區域108包括經粗化之透明材料層152及透明導電層150。此經粗化之透明材料層152及該透明導電層150具有與先前關於圖4a－4f之配置所述的相同的屬性。
參看圖11a，藉由將一金屬材料薄層160沈積在基礎LED結構之n型層116上而形成根據本發明之高光提取LED的另一配置。該層較佳由諸如Pd、Pt、Pd/Au、Pt/Au、Ni/Au、NiO/Au或其任意合金之半透明金屬形成。該金屬層之沈積可藉由使用MOCVD或其他習知方法完成，包括(例如)濺鍍及電子束沈積法。
其次，參看圖11b，鄰近金屬材料層160形成一n型接點162，且在該n型接點周圍沈積一透明材料層164。該透明材料層164可藉由使用MOCVD或其他習知方法沈積，包括(例如)濺鍍及電子束沈積法。如圖11c中所示，接著藉由使用(例如)PEC蝕刻而粗化圍繞n型接點162之透明材料層164。
在此配置中，LED之光提取區域108(圖6)包括金屬材料層160及經粗化之透明材料層164。此金屬材料層160及該經粗化之透明材料層164具有與先前關於圖5a－5f之配置所述的相同的屬性。
將自上文中顯而易見：雖然已說明且描述了本發明的特定形式，但可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下進行各種修改。相應的，本發明不欲受除附加專利申請範圍以外的任何限制。
10、100、126．．．基礎LED結構
12、102．．．p型材料層
14、104．．．n型材料層
16、106、28、44、64、84、118．．．活性材料層
18、108．．．光提取區域
20、72、34、50、90、112、122．．．p型接點
22、36、52、74、94、110、132、142、154、162．．．n型接點
24、40、60、80、114．．．p－GaN層
26、42、62、82、116．．．n－GaN層
30、46、66、86、120、124．．．基板
32、70、92、130、152、164．．．透明材料層
48、68、140、150．．．透明導電材料層
88、160．．．金屬材料薄層
圖1為具有一包括一經粗化之透明材料層的光提取區域之LED的P面朝上的剖視圖；圖2a－2f為圖1之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一經粗化之透明材料層；圖3a－3f為圖1之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一經粗化之透明導電材料層；圖4a－4f為圖1之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一透明導電材料層及一經粗化之透明材料層；圖5a－5f為圖1之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一金屬材料層及一經粗化之透明材料層；圖6為具有一包括一經粗化之透明材料層的光提取區域之LED的n面朝上的剖視圖；圖7a－7d為圖6之基礎LED結構之製造過程的各個階段的剖視圖；圖8a－8c為圖6之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一經粗化之透明材料層；圖9a－9c為圖6之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一經粗化之透明導電材料層；圖10a－10c為圖6之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一透明導電材料層及一經粗化之透明材料層；及圖11a－11c為圖6之LED之製造過程的各個階段的剖視圖，其中光提取區域包括一金屬材料層及一經粗化之透明材料層。
10．．．基礎LED結構
12．．．p型材料層
14．．．n型材料層
16．．．活性材料層
18．．．光提取區域
20．．．p型接點
22．．．n型接點

Claims (39)

  1. 一種發光二極體(LED)，其包含：複數個半導體層，其包含：一p型材料層；一n型材料層；一活性層，其位於該p型層與該n型層之間；一經粗化之透明材料層，其包含一平底表面鄰近該複數個半導體層中之一者，該經粗化之透明材料層位於在該LED之一主要發射表面上；及一凹孔，其在該經粗化之透明材料層內，其中一第一接點係位於該凹孔內且與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸，且一第二接點係與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  2. 如請求項1之LED，其中該經粗化之透明材料層具有一與該鄰近該透明材料層之材料之折射率大體相同的折射率。
  3. 如請求項2之LED，其中該透明材料具有一在該鄰近該透明材料之材料之該折射率的±.3範圍內的折射率。
  4. 如請求項1之LED，其中該透明材料包含ZnO、ZnS、MgO、In2 O3 、CdS、TiO2 、PbO、ZnSnO及氧化銦錫(ITO)中之至少一者。
  5. 如請求項1之LED，其中該透明材料包含一透明氧化物材料。
  6. 如請求項5之LED，其中該透明氧化物材料包含ZnO、 MgO、In2 O3 、TiO2 、PbO、ZnSnO、NiO及氧化銦錫(ITO)中之至少一者。
  7. 如請求項1之LED，其中該透明材料包含一透明導電材料。
  8. 如請求項7之LED，其中該透明導電材料包含一透明導電氧化物。
  9. 如請求項8之LED，其中該透明導電氧化物包含ZnO、In2 O3 及氧化銦錫(ITO)中之至少一者。
  10. 一種發光二極體(LED)，其包含：複數個半導體層，其包含：一p型材料層；一n型材料層；一活性層，其位於該p型層與該n型層之間；一透明導電材料層，其鄰近該複數個半導體層中之一者；一經粗化之透明材料層，其包含一平底表面鄰近該透明導電層；及一凹孔，其在該經粗化之透明材料層內，其中一第一接點係位於該凹孔內且與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸，且一第二接點係與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  11. 如請求項10之LED，其中該透明材料包含一不同於該透明導電材料之材料。
  12. 如請求項11之LED，其中該透明材料比該透明導電材料更透明。
  13. 如請求項10之LED，其中該透明導電材料包含一透明導電氧化物。
  14. 如請求項10之LED，其中該透明導電材料具有一與該鄰近該透明導電層之p型材料或n型材料之折射率大體相同的折射率。
  15. 如請求項10之LED，其中該鄰近該透明導電層之透明材料具有一與該鄰近該透明導電層之p型材料或n型材料之折射率大體相同的折射率。
  16. 一種發光二極體(LED)，其包含：複數個半導體層，其包含：一p型材料層；一n型材料層；一活性層，其位於該p型層與該n型層之間；一金屬導電材料層，其鄰近該複數個半導體層中之一者；及一經粗化之透明材料層，其包含一平底表面鄰近該金屬材料層；及一凹孔，其在該經粗化之透明材料層內，其中一第一接點係位於該凹孔內且與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸，且一第二接點係與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  17. 如請求項16之LED，其中該經粗化之透明材料層具有一與該鄰近該金屬導電材料層之材料之折射率大體相同的折射率。
  18. 如請求項17之LED，其中該透明材料具有一在該鄰近該金屬導電材料層之材料之該折射率的±.3範圍內的折射率。
  19. 一種發光二極體，其係由包含以下步驟之方法所形成：生長包含複數個半導體層的基礎LED結構，該複數個半導體層包含一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層；沈積一透明材料層，該透明材料層包含一平底表面鄰近該複數個半導體層中之一者；粗化該透明材料層；在該經粗化之透明材料層內形成一凹孔；在該凹孔內設置一第一接點，該第一接點與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸；及設置一第二接點，該第二接點與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  20. 如請求項19之發光二極體，其中該生長與該沈積係使用相同技術完成。
  21. 如請求項20之發光二極體，其中該技術包含有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)。
  22. 如請求項19之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該透明材料層係鄰近該p型材料層而沈積。
  23. 如請求項22之發光二極體，其中該透明材料係一透明導電材料，且該製程進一步包含鄰近該透明導電材料層形成一p型接點。
  24. 如請求項19之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該方法進一步包含：鄰近該p型材料層形成一p型接點；移除該基板；及使該LED結構p面朝下倒置安裝在一子基板上；其中該透明材料層係鄰近該n型材料層而沈積。
  25. 如請求項24之發光二極體，其中該透明材料係一透明導電材料，且該方法進一步包含鄰近該透明導電材料層形成一n型接點。
  26. 一種發光二極體，其係由包含以下步驟之方法所形成生長包含複數個半導體層的基礎LED結構，該複數個半導體層包含一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層；於鄰近該複數個半導體層中之一者處沈積一透明導電材料層；沈積一透明材料層，該透明材料層包含一平底表面鄰近該透明導電材料層；粗化該透明材料層；在該經粗化之透明材料層內形成一凹孔；在該凹孔內設置一第一接點，該第一接點與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸；及設置一第二接點，該第二接點與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  27. 如請求項26之發光二極體，其中該生長與該沈積係使用 相同技術完成。
  28. 如請求項27之發光二極體，其中該技術包含有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)。
  29. 如請求項26之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該透明導電材料層係鄰近該p型材料層而沈積。
  30. 如請求項29之發光二極體，其進一步包含：移除該透明材料層之一部分以暴露該透明導電材料層之一部分；及鄰近該透明導電材料層形成一p型接點。
  31. 如請求項26之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該方法進一步包含：鄰近該p型材料層形成一p型接點；移除該基板；及使該LED結構p面朝下倒置安裝在一子基板上。
  32. 如請求項31之發光二極體，其中該透明導電材料層係鄰近該n型材料層而沈積，且該製程進一步包含：移除該透明材料層之一部分以暴露該透明導電材料層之一部分；及鄰近該透明導電材料層形成一n型接點。
  33. 一種發光二極體，其係由包含以下步驟之方法所形成：生長包含複數個半導體層的基礎LED結構，該複數個半導體層包含一p型材料層、一n型材料層及一位於該p型層與該n型層之間的活性層； 於鄰近該複數個半導體層中之一者處沈積一金屬材料層；沈積一透明材料層，該透明材料層包含一平底表面鄰近該金屬材料層；粗化該透明材料層；在該經粗化之透明材料層內形成一凹孔；在該凹孔內設置一第一接點，該第一接點與鄰近該經粗化之透明材料層的該半導體層直接接觸；及設置一第二接點，該第二接點與該複數個半導體層中之另一者相鄰。
  34. 如請求項33之發光二極體，其中該生長與該沈積係使用相同技術完成。
  35. 如請求項34之發光二極體，其中該技術包含有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)。
  36. 如請求項33之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該金屬材料層係鄰近該p型材料層而沈積。
  37. 如請求項36之發光二極體，其進一步包含：移除該透明材料層之一部分以暴露該金屬材料層之一部分；及鄰近該金屬材料層形成一p型接點。
  38. 如請求項33之發光二極體，其中該基礎LED結構係p面朝上生長在一基板上，且該方法進一步包含：鄰近該p型材料層形成一p型接點； 移除該基板；及使該LED結構p面朝下倒置安裝在一子基板上。
  39. 如請求項38之發光二極體，其中該金屬材料層係鄰近該n型材料層而沈積，且該方法進一步包含：移除該透明材料層之一部分以暴露該金屬材料層之一部分；及鄰近該金屬材料層形成一n型接點。
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