[发明专利]增益出光的发光装置和其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升发光装置出光的方法，尤其涉及一种借由在发光装置上形成可控制粗化(roughness)氧化层(如氧化锌层)的方法，以增益发光装置的出光。

背景技术

自从集成电路(IC)的发展至纳米级(nano-scale)，纳米组件的应用渐为盛行，其中尤以短波长的发光装置，如雷射二极管(Laser Diodes，LDs)和发光二极管(Light Emitting Diodes，LEDs)，俨然已成为主流。在短波长发光装置的发展方面，III-V族化合物半导体是为制造LED最常用的材料。然而，由于新系统材料的发展，II-VI族化合物半导体又重获重视。实际上，氧化锌(ZnO)除了具有低成本和易于合成的优点外，其能隙与结晶结构也与氮化镓相似，所以ZnO的研究遂成为热门主题，特别是ZnO纳米柱的开发与应用。

ZnO的直接能隙(direct band-gap)为3.37eV，高于其它高直接能隙半导体材料。此外，ZnO具有较高的激发结合能(氮化镓的激发结合能约为20meV，而ZnO的激发结合能约60meV，远高于氮化镓)。因此在室温下，其发光效率高于其它材料。近几年来，许多ZnO的研究报告指出其良好发光效率可应用在短波长组件和雷射二极管。既然数据读取可由紫外线(UV)雷射来改良，ZnO应用于UV雷射源极具潜力。

ZnO的另一主要发展方向为一维(one-dimensional)纳米柱(纳米线)。科学家可成功生成高度对正的纳米柱数组。借由光激发荧光(photoluminescence)，可自纳米柱激发出UV雷射。UV雷射虽可多方商业化，但如何提升出光以及控制纳米柱光脱逃角(light escape angle)尚有两个问题待解决。否则，发光效率将大受影响。

有鉴于上述问题，本发明遂提出解决之道，以增益发光装置的出光。

发明内容

有鉴于先前技艺受限于上述问题，本发明的目的在于提供一种借由在发光装置上形成可控制粗化(roughness)氧化层(如氧化锌层)的方法，以增益发光装置的出光。

根据本发明的观点，一种提升发光装置出光的方法，包括以下步骤：a)在发光装置上提供布设层；b)在布设层上设置保护层；c)形成一数组的孔隙穿透保护层和布设层；以及d)在布设层上生成氧化层，具有复数个柱体，各自形成于其中一孔隙。柱体的形状可借由调整气氛的N₂/H₂浓度比、反应温度和时间来控制，如此可改变柱体的形状和光脱逃角(light escape angle)。

根据本发明的构想，氧化层包括氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)。

根据本发明的构想，氧化层借由水热处理、溶胶凝胶法、电镀、热蒸镀法、化学气相沉积法(CVD)、或分子束磊晶法(MBE)所形成。

根据本发明的构想，布设层包括氧化铟锡(ITO)、镍/金(Ni/Au)、氧化镍/金(NiO/Au)、P型氧化锌(p-ZnO)、或氧化锌(ZnO)。

根据本发明的构想，保护层包括光阻材料或介电材料。

根据本发明的构想，气氛温度高于200℃。

根据本发明的构想，气氛包括氮、氢、或其混合。

根据本发明的构想，柱体具有纳米结构或微米结构。

根据本发明的构想，柱体为六角锥状或截头六角锥状。

根据本发明的构想，柱体下表面的直径介于100nm(纳米)与数μm(微米)之间。

根据本发明的构想，孔隙是由湿蚀刻制程、干蚀刻制程、光蚀刻法和曝光显影制程、雷射切割制程、或电子束写入制程所形成。

依照本发明的另一观点，一种具有增益出光的发光装置包括有发光基板；提供于发光基板上的布设层；形成于布设层的一数组的孔隙；设置于具有露出孔隙的布设层上的保护层；以及形成于布设层上的氧化层，具有复数个柱体，各自形成于其中一孔隙。柱体的形状可由调整气氛N₂/H₂浓度比、反应温度和时间来控制，如此可改变柱体的形状和光脱逃角。

根据本发明的构想，氧化层包括氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)。

根据本发明的构想，氧化层由水热处理、溶胶凝胶法、电镀、热蒸镀法、化学气相沉积法(CVD)、或分子束磊晶法(MBE)所形成。