[發明專利]增益發光二極管出光效率的方法

無效

• 申請號: 201010115251.6
• 申請日: 2010-02-11
• 公開（公告）號: CN102157652A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 郭明騰;陳彰和;張簡慶華
• 申請（專利權）人: 華新麗華股份有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/22;H01L33/08
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明涉及增益發光二極管出光效率的方法，尤其涉及一種借由粗化發光二極管表面來增益發光二極管出光效率的方法。

背景技術

發光二極管的發光效率受內部量子效率和出光效率所主導。內部量子效率和產生自活性層的光有關。出光效率是將活性層的光發射到周圍介質(medium)的能力。隨著磊晶技術的發展，內部量子效率可達80％。然而，出光效率仍低。舉例來說，GaN系列材料的折射率約2.5。其周圍的空氣折射率為1。由于全反射的影響，接口的出光效率僅10～12％。

為了增益出光效率，在透明傳導層的表面形成不規則蝕刻的空腔。如此一來，來自活性層的大部分光束可自發光二極管射出而免受反射影響。粗化p型層亦可達到相同的效果。

一般來說，產生紅或黃光束的GaN或AlGaInP串聯發光二極管的上部磊晶結構的厚度大于5μm。因此，可施以電漿蝕刻或化學蝕刻來產生空腔或二維圖型。然而，產生藍、綠或UV光束的發光二極管的上部磊晶結構相當薄(約0.2μm)。如需改善外部量子效率來增益出光效率，空腔的深度應至少有0.2μm。因此，傳統的表面粗化方法并不適用。

此外，傳統蝕刻粗化方法常利用光阻來做為光罩。因為蝕刻選擇比不高，以致于無法有效蝕刻出所要的深度，尤其蝕刻更深的深度更是困難。因此，要有效圖型化或粗化發光二極管有其難度。此外，當諸如鎳等金屬材料作為熱光罩時，在設置熱光罩前預先將光阻涂布于發光二極管上，如此將使制作過程更為繁瑣，亦增加生產成本。

傳統的表面粗化方法所產生的圖型化效果，其凸部的間距大于2～3μm，由于圖型化程度低，故改善出光效率效果有限。而且，傳統蝕刻方法僅能粗化發光二極管的上表面，無法粗化側邊的部份。

美國第6,551,936號專利公開一種方法以解決上述現有技藝的問題。敬請參照圖1，其表示在半導體材料蝕刻圖型取決于形成在半導體材料上的InP光柵光罩。InP光柵光罩的形成與半導體材料的多層結構以及InP層間的蝕刻中止(etch-stop)層有關。對應于半導體材料蝕刻圖型的光阻光柵光罩形成于上InP層之上。隨后使用非選擇性蝕刻來穿透上InP層、蝕刻中止層、以及下InP層。接著使用適當的剝離溶劑來移除光阻，然后利用選擇性蝕刻來清除剩余露出的InP材料，移除受污染的材料，根據要蝕刻的圖型來露出下面的半導體材料。因此，除InP光罩之外不需要額外的光罩。露出的半導體材料經蝕刻后，以致圖型轉移至半導體材料。

前述發明雖解決了大部分的現有問題，但圖型的形成仍受到限制，無法有效控制并蝕刻預定的圖型來增益出光效率。

發明內容

有鑒于現有技術受限于上述問題，本發明的目的在于提供一種利用圖型化發光二極管來增益出光效率的方法。蝕刻制作過程改用氧化層，屏除已有技術常使用的光阻。由于氧化層的厚度較好控制，較易蝕刻出發光二二極達預期的深度，因而可制作任何形狀的凸部。因此本發明比傳統制作過程更為節省生產成本與時間。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種增益發光二極管出光效率的方法，包括以下步驟：

a)提供發光二極管，依序包含基板、第一傳導型的第一層、活性層、以及相對于第一傳導型的第二傳導型的第二層；b)在發光二極管的第一層、活性層、以及第二層中至少選定一層，于其上生長多個凸部，以形成圖型化氧化層來保護發光二極管免于蝕刻；c)控制凸部的高度以達到發光二極管預定蝕刻深度；d)干蝕刻穿透未受圖型化氧化層保護的部分發光二極管，以在發光二極管上形成多個凹陷；以及e)將氧化層自選定層移除。

根據本發明構想，所述第一傳導型為p型，所述第二傳導型為n型。

根據本發明構想，所述活性層具有量子井結構、同質接面結構、或異質接面結構。

根據本發明構想，所述圖型化氧化層由水熱處理、電鍍、熱蒸鍍法、化學氣相沉積法(CVD)、或分子束磊晶法(MBE)所形成。

根據本發明構想，所述圖型化氧化層由ITO、AZO、SiO₂、ZnO、MgO、MoO、Al₂O₃、TiO₂、NiO、CaO、BaO、MnO、CuO、SnO₂、或其混合所制成。

根據本發明構想，所述凸部的形狀為六角錐狀、截頭的六角錐狀、或六角圓柱狀。

根據本發明構想，所述圖型化氧化層至少部份形成于發光二極管的上表面或側面。