[发明专利]增益发光二极管出光效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及增益发光二极管出光效率的方法，尤其涉及一种借由粗化发光二极管表面来增益发光二极管出光效率的方法。

背景技术

发光二极管的发光效率受内部量子效率和出光效率所主导。内部量子效率和产生自活性层的光有关。出光效率是将活性层的光发射到周围介质(medium)的能力。随着磊晶技术的发展，内部量子效率可达80％。然而，出光效率仍低。举例来说，GaN系列材料的折射率约2.5。其周围的空气折射率为1。由于全反射的影响，接口的出光效率仅10～12％。

为了增益出光效率，在透明传导层的表面形成不规则蚀刻的空腔。如此一来，来自活性层的大部分光束可自发光二极管射出而免受反射影响。粗化p型层亦可达到相同的效果。

一般来说，产生红或黄光束的GaN或AlGaInP串联发光二极管的上部磊晶结构的厚度大于5μm。因此，可施以电浆蚀刻或化学蚀刻来产生空腔或二维图型。然而，产生蓝、绿或UV光束的发光二极管的上部磊晶结构相当薄(约0.2μm)。如需改善外部量子效率来增益出光效率，空腔的深度应至少有0.2μm。因此，传统的表面粗化方法并不适用。

此外，传统蚀刻粗化方法常利用光阻来做为光罩。因为蚀刻选择比不高，以致于无法有效蚀刻出所要的深度，尤其蚀刻更深的深度更是困难。因此，要有效图型化或粗化发光二极管有其难度。此外，当诸如镍等金属材料作为热光罩时，在设置热光罩前预先将光阻涂布于发光二极管上，如此将使制作过程更为繁琐，亦增加生产成本。

传统的表面粗化方法所产生的图型化效果，其凸部的间距大于2～3μm，由于图型化程度低，故改善出光效率效果有限。而且，传统蚀刻方法仅能粗化发光二极管的上表面，无法粗化侧边的部份。

美国第6,551,936号专利公开一种方法以解决上述现有技艺的问题。敬请参照图1，其表示在半导体材料蚀刻图型取决于形成在半导体材料上的InP光栅光罩。InP光栅光罩的形成与半导体材料的多层结构以及InP层间的蚀刻中止(etch-stop)层有关。对应于半导体材料蚀刻图型的光阻光栅光罩形成于上InP层之上。随后使用非选择性蚀刻来穿透上InP层、蚀刻中止层、以及下InP层。接着使用适当的剥离溶剂来移除光阻，然后利用选择性蚀刻来清除剩余露出的InP材料，移除受污染的材料，根据要蚀刻的图型来露出下面的半导体材料。因此，除InP光罩之外不需要额外的光罩。露出的半导体材料经蚀刻后，以致图型转移至半导体材料。

前述发明虽解决了大部分的现有问题，但图型的形成仍受到限制，无法有效控制并蚀刻预定的图型来增益出光效率。

发明内容

有鉴于现有技术受限于上述问题，本发明的目的在于提供一种利用图型化发光二极管来增益出光效率的方法。蚀刻制作过程改用氧化层，屏除已有技术常使用的光阻。由于氧化层的厚度较好控制，较易蚀刻出发光二二极达预期的深度，因而可制作任何形状的凸部。因此本发明比传统制作过程更为节省生产成本与时间。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种增益发光二极管出光效率的方法，包括以下步骤：

a)提供发光二极管，依序包含基板、第一传导型的第一层、活性层、以及相对于第一传导型的第二传导型的第二层；b)在发光二极管的第一层、活性层、以及第二层中至少选定一层，于其上生长多个凸部，以形成图型化氧化层来保护发光二极管免于蚀刻；c)控制凸部的高度以达到发光二极管预定蚀刻深度；d)干蚀刻穿透未受图型化氧化层保护的部分发光二极管，以在发光二极管上形成多个凹陷；以及e)将氧化层自选定层移除。

根据本发明构想，所述第一传导型为p型，所述第二传导型为n型。

根据本发明构想，所述活性层具有量子井结构、同质接面结构、或异质接面结构。

根据本发明构想，所述图型化氧化层由水热处理、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。

根据本发明构想，所述图型化氧化层由ITO、AZO、SiO₂、ZnO、MgO、MoO、Al₂O₃、TiO₂、NiO、CaO、BaO、MnO、CuO、SnO₂、或其混合所制成。

根据本发明构想，所述凸部的形状为六角锥状、截头的六角锥状、或六角圆柱状。

根据本发明构想，所述图型化氧化层至少部份形成于发光二极管的上表面或侧面。