专利名称：光电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电元件，特别是一种具有高效率反射层的发光二极管元件。
背景技术：
发光二极管与传统的白炽灯泡与冷阴极灯管相较，具有省电以及使用寿命更长的优越特性，所以被广泛应用于各种领域之中，例如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备与通讯储存装置等产业。为提升发光二极管的出光效率，通常于发光二极管结构的适当位置，如基板与发光叠层之间，设置一反射层，可减少基板的吸光效应，使发光层所产生的光透过上述反射层的反射作用而增加出光。反射层多采用具有高反射特性的金属材料，例如金(Au)或银 (Ag)，来作为单一反射金属层。此种反射层的反射能力，取决于所选用的反射金属层的材料其反射系数的大小，例如金(Au)大约是86%、银(Ag)大约是92%。另一经常运用于发光二极管结构中的反射层为布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector :DBR)。布拉格反射镜(DBR)是由厚度为约四分之一光波长的多层具不同折射率的材料所组成的结构，其组成材料选择众多，例如是由Si02/Ti&所形成的多层结构或是由外延工艺所形成的不同组成的半导体层所堆叠而成的多层结构。其反射率取决多层结构的层数与折射率变化的搭配设计。在发光二极管结构中，尚可以采用一种全方向性反射层(omni-direction reflector :0DR)的设计，其通常具有比一般金属反射层更好的反射效果。全方向性反射层 (ODR)是由半导体层、低折射率层与金属层所堆叠形成的结构，其中低折射率层(low index layer)的厚度为四分之一光波长的倍数，且通常为绝缘材料，例如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4),所以并不具有导电的特性。如上所述，设置一反射层于发光二极管结构中的适当位置，来增加元件的出光效率，是一个已知而且有效的方法，但如何设计一个反射效率更高的反射层，便成为一个大家所追求的目标。
发明内容
本发明提供一种光电元件，其包括一半导体层，其表面具有许多凹陷；一中间层， 形成于半导体层的表面，并将这些凹陷形成内含空气(折射系数约为1)的孔；以及一反射层，形成于中间层之上，以形成一具有高反射效率的全方向性反射层(ODR)；其中上述的中间层可以是透明导电层或介电层。本发明还提供一种光电元件，其包括一半导体发光叠层，其具有一第一半导体层、 一有源层与一第二半导体层，且第一半导体层的表面具有许多凹陷；一透明导电层，形成于第一半导体层的表面，并将这些凹陷形成内含空气(折射系数约为1)的孔；一金属反射层， 形成于透明导电层之上，以便形成一具有高反射效率的全方向性反射层(ODR)。本发明还提供一种光电元件，包括一半导体发光叠层，具有一第一半导体层、一有源层与一第二半导体层，其中该一第一半导体层的一表面具有多个凹陷；以及一透明层， 形成于该第一半导体层的该表面上，使得该些凹陷形成多个孔；其中，该多个孔形成于该透明层与该第一半导体层之间。本发明主要是希望通过上述于半导体层与透明导电层之间所形成的孔设计，来达到降低透明导电层的折射系数的效果，以提升全方向性反射层(ODR)的反射效率，使得由有源层所产生的光可以经由全方向性反射层(ODR)的反射作用而出光，以增加元件的出光效率。
图1为根据本发明的第一实施例。
图2为根据本发明的第二实施例。
图3为根据本发明的第三实施例。
图4为根据本发明的背光模块结构图。
图5为根据本发明的照明装置结构图。
附图标记说明
200基板210第一半导体层
220有源层230第二半导体层
231孔232凹陷
240透明导电层250金属反射层
270第一电极280第二电极
300基板310连结层
320金属反射层330透明导电层
340第一半导体341孔
342凹陷350有源层
360第二半导体层370第一电极
380第二电极
600背光模块装置610光源装置
611发光元件620光学装置
630电源供应系统700照明装置
710光源装置711发光元件
720电源供应系统730控制元件
具体实施例方式
图1为本发明的第一实施例。如图所示为一发光元件，例如一发光二极管结构，是在基板200上以外延方式形成一第一半导体层210，再于第一半导体层210上形成一有源层220，最后形成一第二半导体层230于有源层220之上，其中第一半导体层210与第二半
4导体层230两者的电性相异。接者，在第二半导体层230的表面形成多个凹陷232，并在其上方覆盖一透明导电层对0，此时透明导电层240并不会将凹陷232填满，因而形成多个孔 231，其中大致包括空气(折射系数约为1)。然后再于透明导电层MO的上方，形成一金属反射层250，此时第二半导体层230、透明导电层240与金属反射层250形成一具有高反射效率的全方向性反射层(omni-direction reflector :0DR)。最后分别在第一半导体层210 与金属反射层250的上方，形成一第一电极270与一第二电极观0，便可完成本实施例的发光二极管的结构。上述的多个孔231其大小以使其上方的透明导电层无法填入孔231为原则，其最大直径优选约为小于200nm，使其中大致包括空气(折射系数约为1)；其形状并无限制，可以是六角形孔穴、倒金字塔形，不规则的多边形等；其排列方式并无限制，例如是周期性排列或不规则排列。凹陷230的形成方式也并不受局限，举例如下(a)外延法一在形成第二半导体层230的外延工艺中，通过控制外延条件，使得第二半导体层230的表面自然形成多个凹陷232 ； (b)湿式蚀刻法一当完成第二半导体层230之后，依据第二半导体层230的材料，选择适当的蚀刻溶液如盐酸或磷酸，对第二半导体层230的表面进行纳米光刻蚀刻，形成凹陷232 ;(C)纳米压印法(nano-imprint)-完成第二半导体层230之后，在其表面进行纳米印刷工艺步骤，以形成具有纳米级的多个凹陷232; (d)纳米球体散布法一当完成第二半导体层230之后，在其表面散布如Si02、A1203、Ti02、Mg0、ZnO等纳米球体，便可以在第二半导体层230的表面形成多个凹陷232 ； (e)高温合金球法一在第二半导体层230的表面先形成一薄金属层，再利用高温合金法，将此薄金属层转变为金属球体，便可以在第二半导体层230的表面形成多个凹陷232 ； (f)机械式粗化法一在第二半导体层230的表面，利用机械研磨的方式形成多个凹陷232于第二半导体层230的表面；(g)干式蚀刻法一在第二半导体层230的表面，利用干式蚀刻法如等离子体蚀刻法、电子束蚀刻法或激光蚀刻法等， 对第二半导体层230的表面进行蚀刻，形成多个凹陷232。形成这些凹陷232是为了在半导体层230与透明导电层240之间，形成内含空气(折射率大约为1)的孔231的结构，透过孔231的结构设计来达到降低透明导电层MO的折射系数的效果，进而提高全方向性反射层(ODR)的反射能力。上述实施例中基板200，可以是 A1203、GaN, A1N、SiC、GaAs, GaP, Si、ZnO, MgO, MgAl2O4及玻璃所构成的材料组中至少一种材料或其它可代替的材料取代之；第一半导体层210、有源层220以及第二半导体层230可选自于GaN、AlGaN、InGaN^AlGaInP及AUnGaN 等材料；第一电极 270 与一第二电极 280 选自于 Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、 Tiff, TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及1 所构成的材料组中至少一种材料；透明导电层240选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝及氧化锌锡所构成的材料组中至少一种材料； 金属反射层250，为具有高反射率的导电性的材料，例如铝(Al)或银(Ag)。如图2所示为本发明的第二实施例。本实施例的结构与第一实施例不同的地方， 是由第一半导体层210、透明导电层240与金属反射层250所形成的全方向性反射层(ODR) 位于基板200与有源层220之间，使得由有源层220所产生向下发射的光经由全方向性反射层(ODR)的反射作用而反射出光，而避免为下方基板所吸收，进而提高出光效率。其中透明导电层240除了是由氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝及氧化锌锡等透明导电材料所构成以外；也可以一介电层所取代，此介电层可以是无机介电材料，例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)、或旋涂玻璃(spin-on glass)等，或是有机介电材料，例如环氧树脂(印oxy)、聚亚酰胺(polyimide)或BCB树脂(benzocyclobutene)等。如图3所示为本发明的第三实施例。本实施例是一利用基板转移方法所形成的发光二极管结构，其具有一导电基板300 ；其下方设置有一第一电极370 ；其上方透过一连结层310连接一多层结构，包括连结层310上方的金属反射层320 ；金属反射层320上方的透明导电层330 ；以及透明导电层330上方的外延叠层，包括一第一半导体层340，并在第一半导体层340上形成一有源层350，以及在有源层350上形成一第二半导体层360，其中第一半导体层340与第二半导体层360两者的电性相异；最后在第二半导体层360的上方形成一第二电极380。其中在第一半导体层340与透明导电层330接触的界面处，在第一半导体层340的表面形成多个凹陷342，且透明导电层330并不会将凹陷342填满，而形成多个孔341，其中大致包括空气(折射系数约为1)，其中本实施例的孔341的形成方法、大小、 形状、与排列方式与前述的实施例相同。由第一半导体层340、透明导电层330与金属反射层320，所形成的全方向性反射层(omni-direction reflector :0DR)具有高反射效率，可以使由发光叠层所产生的光往下发射时，经由全方向性反射层(ODR)的反射作用而反射出光，以避免光为下方的基板所吸收，进而提高出光效率。本实施例中基板300，为具有导电特性的基板，例如硅基板、铜基板及SiC所构成的材料组中至少一种材料或其它可代替的材料取代之；第一半导体层340、有源层350以及第二半导体层360可选自于GaN、AlGaN、InGaN^AlGaInP及AlInGaN所构成材料组中的一种材料；第一电极 370 与一第二电极 380 选自于 Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au, Tiff, TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及1 所构成材料组中的至少一种材料；透明导电层330选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝及氧化锌锡所构成材料组中的至少一种材料; 金属反射层320，为具有高反射率的导电性的材料，例如铝(Al)或银(Ag)；粘结层310选自于环氧树脂(印oxy)、聚亚酰胺(polyimide)或BCB树脂(benzocyclobutene)所构成材料组中的至少一种材料。上述的所有实施例并不局限于发光二极管元件，可以将具有孔结构设计的全方向性反射层(ODR)，应用于任何需要反射层的光电元件的任何适当位置，如太阳能电池(Solar Cell)或激光二极管(Laser Diode)等。图4显示本发明的背光模块结构。其中背光模块装置600包括由本发明上述任意实施例的发光元件611所构成的一光源装置610 ；—光学装置620置于光源装置610的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及一电源供应系统630，提供上述光源装置610所需的电源。图5显示本发明的照明装置结构。上述照明装置700可以是车灯、街灯、手电筒、 路灯、指示灯等等。其中照明装置700包括一光源装置710，由本发明上述的任意实施例的发光元件711所构成；一电源供应系统720，提供光源装置710所需的电源；以及一控制元件730控制电源输入光源装置710。虽然发明已通过各实施例说明如上，然其并非用以限制本发明的权利要求。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种光电元件，包括一半导体发光叠层，具有一第一半导体层、一有源层与一第二半导体层，其中该一第一半导体层的一表面具有多个凹陷；以及一透明层，形成于该第一半导体层的该表面上，使得该些凹陷形成多个孔； 其中，该多个孔形成于该透明层与该第一半导体层之间。
2.如权利要求1所述的光电元件，其中该孔的最大直径小于200nm。
3.如权利要求1所述的光电元件，其中该孔的折射系数为1。
4.如权利要求1所述的光电元件，其中该孔的形状可以是六角形孔穴、倒金字塔形或不规则的多边形。
5.如权利要求1所述的光电元件，其中该孔可以是周期性排列或不规则排列。
6.如权利要求1所述的光电元件，其中形成该凹陷的方法可以是外延法、湿式蚀刻法、 纳米印刷法、纳米球体散布法、高温合金球法、机械式粗化法或干式蚀刻法。
7.如权利要求1所述的光电元件，其中该透明层包括透明导电氧化层或介电层。
8.如权利要求1所述的光电元件，更包括一金属反射层，形成该透明层之上。
9.如权利要求8所述的光电元件，更包括一导电基板，形成该金属反射层之上。
10.如权利要求9所述的光电元件，其中该导电基板包括硅、铜及SiC所构成的材料组中至少一种材料。
全文摘要
本发明披露了一种光电元件。该光电元件包括一半导体发光叠层，该半导体发光叠层具有一第一半导体层、一有源层与一第二半导体层，其中第一半导体层的表面具有许多凹陷；一透明导电层，形成于第一半导体层的表面，使得凹陷形成内含空气的孔；更设置一金属反射层于透明导电层之上，以形成一具有高反射率的全方向性反射层。根据本发明，增加了元件的出光效率。
文档编号H01L33/60GK102522486SQ201210006818
公开日2012年6月27日 申请日期2008年8月7日 优先权日2008年8月7日
发明者杨雅兰, 林锦源, 王心盈 申请人:晶元光电股份有限公司