[发明专利]发光二极管元件、其制造方法及覆晶式发光二极管元件

说明书

技术领域

本发明是有关于一种光电元件及其制造方法，且特别是有关于一种发光二极管元件、其制造方法及覆晶式发光二极管元件。

背景技术

自托马斯·爱迪生发明白炽灯(incandescent lamp)起，世界已广泛使用电力进行照明，迄今还发展出高亮度且耐用的照明装置，如荧光灯(fluorescent lamp)。相较于白炽灯泡，荧光灯具有高效率与低工作温度的优点。然而，荧光灯中含有重金属(汞)，在废弃时易对环境造成伤害。随着照明技术的发展，一种更为节能环保的光源，即发光二极管(light emitting diode)，已被开发出来。发光二极管通过在P-N接面中重组电子与空穴来发光。相较于白炽灯或荧光灯，发光二极管具有低消耗功率(power consumption)及长寿命的优点。此外，发光二极管不需使用汞而更为环保。

发光二极管元件的基本结构包含P型半导体外延层、N型半导体外延层及其间的发光层。发光二极管元件的发光效率高低是取决于发光层的量子效率以及发光二极管元件的光提取效率(light extraction efficiency)。增加量子效率的方法主要是改善发光层的外延品质及其结构设计，而增加光取出效率的关键则在于减少发光层所发出的光在发光二极管元件内部反射所造成的能量损失。为了提升发光二极管元件的发光效率，曾有现有技术在发光二极管元件中制作光学微结构，并希望通过此光学微结构增加发光二极管元件的光取出效率。这样的结构虽能增加光的扩散效果，但其仍然不能达到良好的抗反射效果。

发明内容

本发明提供一种发光二极管元件，其具有高光提取效率(light extraction efficiency)。

本发明提供一种覆晶式发光二极管元件，其亦具有高光提取效率。

本发明提供一种发光二极管元件的制造方法，其可制造出具有高光提取效率的发光二极管元件。

本发明的一实施例提出一种发光二极管元件，包括基板、未掺杂半导体层、第一型掺杂半导体层、第二型掺杂半导体层、发光层、第一电极以及第二电极。基板具有相对的第一表面与第二表面且包括多个光学微结构。这些光学微结构间设有多个空隙，且这些光学微结构配置在第二表面。未掺杂半导体层配置在基板的第一表面上。第一型掺杂半导体层配置在未掺杂半导体层上。第二型掺杂半导体层配置在第一型掺杂半导体层上。发光层配置在第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层之间。第一电极配置在第一型掺杂半导体层上，且与第一型掺杂半导体层电性连接。第二电极配置在第二型掺杂半导体层上且与第二型掺杂半导体层电性连接。各光学微结构的高度h满足下式：

λ4neff×(13)≤h≤λ4neff×(3)]]>

n_eff＝n_a·(1-x)+n_s·x

其中λ为发光层所发出的光束的中心波长，n_a为在基板外且相邻于第二表面的介质的折射率，n_s为基板的折射率，x为光学微结构在第二表面上所占的面积的比值。