CN102479886A - 具有粗化层的发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本发明的制造方法主要利用控制发光二极管的倾斜角度并进行干式蚀刻于发光二极管的导电层蚀刻出新的粗化层结构，本发明的粗化层为一草状奈米结构，与现有技术的粗化层结构不相同，而本发明的粗化层可使发光二极管具有较高的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，尤指一种制造出具有一草状奈米结构的一粗化层并具有高出光效率的发光二极管的方法。
背景技术
由于环保意识抬头，每个人都了解到“节能减碳”的重要，因此在21世纪，耗电量低及寿命长的发光二极管就成了时代的新宠儿。以光源的应用而言，有机半导体与无机半导体最大的差异，在于前者所发出的光波频率分布较宽，后者非常地窄，因此有机半导体的光色较柔和。有机发光二极管因为材质较柔软，可以制作在塑料的基板上，因此产品非常轻薄易于携带。
我们的生活中一直不乏各样的光源来点缀，办公室里需要桌灯及室内灯来确保工作的质量并保护视力，在商店里需要招牌及各式各样的灯光来宣传产品及营造各种情境的气氛，在家里需要柔和的光源来增加温暖舒适的感觉，甚至交通工具及号志都需要透过灯光来照明。不只如此，提供我们娱乐与信息的电视、电影屏幕及显示器，背后也都有个光源。
现今人类已经脱离不了灯光，各式各样的光源如日光灯、白炽灯泡充斥在我们的生活里。由于环保意识抬头，每个人都了解到“节能减碳”的重要。而目前白光LED的效率在二、三年内会由每瓦120流明提高到每瓦240流明，全球将因此节省150座核能电厂的发电量，并减少二氧化碳的排放。因此在21世纪，耗电量低及寿命长的发光二极管就成了时代的新宠儿。
发光二极管的应用产品众多，如交通号志、路灯、手电筒，甚至汽车的头灯。随着材料的不同，发光二极管可以分为无机发光二极管及有机发光二极管。无机发光二极管使用无机化合物，如砷化镓、氮化镓等为材料。先透过掺杂的方式使这些材料成为p型与n型，再把它们接合在一起形成pn接面。与其它二极管一样，电子及电洞可以很容易地从n型及p型的材料注入，而当电子与电洞相遇而结合，就会以光子的形式释放出能量。
1997年，在日本Nichia化学公司发表了一篇论文，提出以InGaN半导体为活性区材料的雷射，其中InGaN多量子井结构是成长在ELOG(expitaxially laterally overgrown GaN)的基板上。这种雷射不只性能大幅提升，其生命期更超过了10,000小时。这意味三五族半导体的成果远胜于二六族半导体，日后许多人把三五族半导体做为日后研究的重心。
早期发光二极管发展集中在提升内部量子效率，方法主要是利用提高磊晶的质量及改变磊晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高发光二极管的发光效率，可获得约90％左右的理论内部量子效率。但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论的极限，在这样的状况下，光靠提升组件的内部量子效率不可能提升组件的总光量，因此提升组件的光萃取率主要可以分为四个方向分别为：
1.改变晶粒外型：传统发光二极管晶粒的制作为标准的矩型外观，因为一般半导体材料折射系数与封装环氧树脂(Epoxy)的相差甚多，使得交界面全反射临界角小，而矩形的四个截面互相平行，光子在交界面离开半导体的机率变小，让光子只能在内部全反射直到被吸收殆尽，使光转成热的形式，造成发光效果更不佳。因此，改变发光二极管芯片形状是一个有效提升发光效率的方法。
2.芯片黏贴(Waferbonding)：因发光二极管所产生的光线在经过多次全反射后，大部份会被半导体材料与封装材料所吸收。因此若使用会吸光的GaAs作为AlGaInP LED的基板时，将使得发光二极管内部的吸收损失变更大，而大幅降低发光二极管的光萃取率。为了减少基板对发光二极管所发出光线的吸收，有公司提出透明基板的粘贴技术。
3.表面粗化(Surface roughness)：藉由将发光二极管的内部及外部的几何形状粗化，破坏光线在发光二极管内部的全反射，提升发光二极管的出光效率。
4.覆晶封装(Flip chip)：对于使用蓝宝石基板的氮化镓系列材料而言，因为其P极及N极的电极必须做在组件的同一侧，若使用传统的封装方法，发光二极管大部分发光面积的上方发光面将会因为电极的挡光而损失大部份的光量，又因为蓝宝石基板是透明的，如果可以将光由蓝宝石基板端取出，光量必然大增，因此有覆晶封装的构想。
有鉴于上述问题，本发明提供一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本发明的制造方法主要利用控制发光二极管的倾斜角度并进行干式蚀刻于发光二极管的导电层蚀刻出新的粗化层结构，以提升发光二极管的出光效率。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本发明的制造方法主要利用控制发光二极管的倾斜角度并进行干式蚀刻于发光二极管的导电层蚀刻出新的粗化层结构，本发明的粗化层为一草状奈米结构，与习知的粗化层结构不相同，而本发明的粗化层可使发光二极管具有较高的出光效率。
本发明的技术方案：一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，是包含：
取一基板；
沉积一磊晶结构于该基板；
镀一导电层于该磊晶结构，形成一发光二极管；
控制该发光二极管的倾斜角度；以及
蚀刻该导电层，形成一粗化层于该导电层；
其中该粗化层为一草状奈米结构，该草状奈米结构包含复数角柱，每一角柱包含一第一斜边及一第二斜边，该第一斜边与该第二斜边间的角度是小于90度。
本发明中，其中该基板为一蓝宝石基板。
本发明中，其中该磊晶结构为一氮化镓是磊晶结构。
本发明中，其中沉积该磊晶结构是包含：
沉积一P型半导体层于该基板；
沉积一发光层于该P型半导体层：以及
沉积一N型半导体层于该发光层。
本发明中，其中该导电层的材料为氧化铟锡。
本发明中，其中镀该导电层于该磊晶结构是使用蒸镀方式。
本发明中，其中蚀刻该导电层是使用干式蚀刻。
本发明中，其中该干式蚀刻是感应耦合等离子刻蚀。
本发明中，其中该粗化层的厚度是小于该导电层的厚度。
本发明具有的有益效果：本发明所述的一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本发明的制造方法主要利用控制发光二极管的倾斜角度并进行干式蚀刻于发光二极管的导电层蚀刻出新的粗化层结构，本发明的粗化层为一草状奈米结构，与习知的粗化层结构不相同，而本发明的粗化层可使发光二极管具有较高的出光效率。
附图说明
图1：本发明的一较佳实施例的流程示意图；
图2A：本发明的一较佳实施例的步骤S10的示意图；
图2B：本发明的一较佳实施例的步骤S12的示意图；
图2C：本发明的一较佳实施例的步骤S14的示意图；以及
图2D：本发明的一较佳实施例的步骤S18的示意图。
【图号对照说明】
1 发光二极管 10 基板
12 磊晶结构 121 第一半导体层
123 发光层 125 第二半导体层
14 导电层 141 粗化层
1411 角柱 14111第一斜边
14113第二斜边
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
请参阅图1，是本发明的一较佳实施例的流程示意图。如图所示，本实施例提供一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本实施例的制造方法主要制造出具有一草状奈米结构的粗化层。本实施例所制造的粗化层有效提高发光二极管的出光效率。
请一并参阅图2A，是本发明的一较佳实施例的步骤S10的示意图。如图所示，本实施例制造具有粗化层的发光二极管的方法是先执行步骤S10，取一基板10，本实施例的基板10使用蓝宝石基板。
请一并参阅图2B，是本发明的一较佳实施例的步骤S12的示意图。如图所示，接着执行步骤S12，沉积一磊晶结构12于基板10上，本实施例的磊晶结构12为一氮化镓是磊晶结构12，磊晶结构12包含一P型半导体层121、一发光层123及一N型半导体层125，P型半导体层121先沉积于基板10上，接着发光层123沉积于P型半导体层121上，最后沉积N型半导体层125于发光层123上。
请一并参阅图2C，是本发明的一较佳实施例的步骤S14的示意图。如图所示，待磊晶结构12沉积于基板10后，执行步骤S14，镀一导电层14于磊晶结构12，形成一发光二极管1，而本实施例的导电层14的材料为氧化铟锡，另外本实施例是使用蒸镀方式将导电层14镀于磊晶结构12上。
接着执行步骤S16，控制发光二极管1的倾斜角度，主要将发光二极管1放置一载台上，藉由改变载台的倾斜角度，而控制发光二极管1的倾斜角度。请一并参阅图2D，是本发明的一较佳实施例步骤S18的示意图。如图所示，然后执行步骤S18，蚀刻导电层14，形成一粗化层141于该导电层14。其中粗化层141的厚度是小于该导电层14的厚度。而本实施例的粗化层141主要利用干式蚀刻方式蚀刻导电层14而成，其中干式蚀刻是使用感应耦合等离子刻蚀。
复参阅图2D，图2D是具有粗化层141的发光二极管1的剖面图。由图2D可知，粗化层141为一草状奈米结构，草状奈米结构包含复数角柱1411，每一角柱1411包含一第一斜边14111及一第二斜边14113，每一角柱1411的第一斜边14111与其第二斜边14113间的角度是介于5度至30度之间。当每一角柱1411的第一斜边14111的斜率小于每一角柱1411的第二斜边14113的斜率时，角柱1411将往其第二斜边14113的方向倾斜；反之，当每一角柱1411的第一斜边14111的斜率大于每一角柱1411的第二斜边14113的斜率时，角柱1411将往其第一斜边14111的方向倾斜。
由上述可知，本发明为提供一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，本发明的制造方法主要利用控制发光二极管的倾斜角度并进行干式蚀刻于发光二极管的导电层蚀刻出新的粗化层结构，本发明的粗化层为一草状奈米结构，与现有技术的粗化层结构不相同，而本发明的粗化层可使发光二极管具有较高的出光效率。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，是包含：
取一基板；
沉积一磊晶结构于该基板；
镀一导电层于该磊晶结构，形成一发光二极管；
控制该发光二极管的倾斜角度；以及
蚀刻该导电层，形成一粗化层于该导电层；
其中该粗化层为一草状奈米结构，该草状奈米结构包含复数角柱，每一角柱包含一第一斜边及一第二斜边，该第一斜边与该第二斜边间的角度是小于90度。
2.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该基板为一蓝宝石基板。
3.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该磊晶结构为一氮化镓是磊晶结构。
4.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中沉积该磊晶结构是包含：
沉积一P型半导体层于该基板；
沉积一发光层于该P型半导体层：以及
沉积一N型半导体层于该发光层。
5.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该导电层的材料为氧化铟锡。
6.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中镀该导电层于该磊晶结构是使用蒸镀方式。
7.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中蚀刻该导电层是使用干式蚀刻。
8.如权利要求6所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该干式蚀刻是感应耦合等离子刻蚀。
9.如权利要求1所述的具有粗化层的发光二极管的制造方法，其特征在于，其中该粗化层的厚度是小于该导电层的厚度。
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