发明名称 高光摘出效率发光元件
摘要 一种高光摘出效率发光元件,其中存在一基板;形成于该基板上之一第一氮化物半导体叠层;形成于该第一氮化物半导体叠层上之一氮化物发光层;形成于该氮化物发光层上之一第二氮化物半导体叠层,其中,该第二氮化物半导体叠层相对于该氮化物发光层之表面处,具有一内六角锥形孔穴构造,藉由该内六角锥形孔穴构造以提高发光元件之光摘出效率。
申请公布号 TWI237402 申请公布日期 2005.08.01
申请号 TW093108048 申请日期 2004.03.24
申请人 晶元光电股份有限公司 发明人 欧震;林鼎洋;张家荣;赖世国
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人
主权项 1.一种高光摘出效率发光元件,至少包含:一基板;形成于该基板上之一第一氮化物半导体叠层;形成于该第一氮化物半导体叠层上之一氮化物发光层;以及形成于该氮化物发光层上之一第二氮化物半导体叠层,其中,于该第二氧化物半导体叠层相对于该氮化物发光层之表面处,包含复数个向下延伸之内六角锥形孔穴构造。2.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之顶端对角线大小,系介于10nm至1um之间。3.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之密度,系介于5x107cm-2至1x1010cm-2之间。4.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之深度,系介于10nm至1m之间。5.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,于该基板及该第一半导体叠层之间更包含一缓冲层。6.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中于该第二氮化物半导体叠层之上更包含一透明导电层。7.如申请专利范围第6项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该氮化物发光层,于该第二氮化物半导体叠层及该透明导电层之间更包含一反向穿隧接触层,该反向穿隧接触层之电性与该第二氮化物半导体叠层之电性相反,该反向穿隧接触层之载子浓度不小于5x1018cm-3。8.如申请专利范围第6项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,于该第二氮化物半导体叠层及该透明导电层之间更包含一低电阻穿隧接触层,该低电阻穿隧接触层系为一超晶格结构。9.如申请专利范围第6项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层系一薄金属导电层。10.如申请专利范围第9项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该薄金属导电层,系包含选自于Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、TiW、TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及Rb中之至少一种材料或其它可代替之材料。11.如申请专利范围第6项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层系为一透明氧化物导电层。12.如申请专利范围第11项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该透明氧化物导电层系包含选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝及氧化锌锡所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。13.如申请专利范围第6项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层于波长范围于300nm~700nm之间时,系具有50%以上之穿透率。14.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系为一蓝宝石基板。15.如申请专利范围第14项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该蓝宝石基板,系为一(0001)或(11-20)为主面之基板,且具有0~10之一任意偏角。16.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系包含选自于GaN、AlN、SiC、GaAs、Gap、Si、ZnO、MgO、MgAl2O4及玻璃所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。17.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。18.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层至少包含一n型氮化物半导体层,且该第二氮化物半导体叠层中系至少包含或一p型氮化物半导体层。19.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层至少包含一p型氮化物半导体层,且该第二氮化物半导体叠层至少包含一n型氮化物半导体层。20.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该氮化物发光层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。21.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该氮化物发光层可为双异质结构、单量子井结构或多重量子井结构。22.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。23.如申请专利范围第5项所述一种高光摘出效率发光元件,其中,该缓冲层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。24.如申请专利范围第7项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该反向穿隧接触层系包含选自于InGaN及GaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。25.如申请专利范围第8项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该超晶格结构系包含选自于AlxGa1-xN及InyGa1-yN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料,其中0≦x≦1、0≦y≦1,但x,y不同时为0。26.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层表面之内六角孔穴结构系以磊晶成长之方式形成。27.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层表面之内六角锥孔穴结构系以湿蚀刻方式形成。28.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层表面之内六角锥孔穴结构系以磊晶成长方式再配合湿蚀刻方式所形成。29.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥形孔穴之底部距该第一氮化物半导体叠层上表面之距离,系不小于该氮化物发光层上表面距第一氮化物半导体叠层上表面之距离。30.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层远离该基板处包含一第一表面及一第二表面,该氮化物发光层形成于该第一表面之上。31.如申请专利范围第30项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层第二表面上更包含一内六角锥形孔穴构造。32.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,更包含形成于该具有内六角锥形孔穴构造之第一氮化物半导体叠层第二表面上形成一第一电极。33.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,更包含于无内六角锥形孔穴构造之第一氮化物半导体叠层第二表面上形成一第一电极。34.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之顶端对角线大小,系介于10nm至1m之间。35.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之密度,系介于1x107cm-2至1x1011cm-2之间。36.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之深度,系介于10nm至1m之间。37.如申请专利范围第31项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴结构系以湿蚀刻方式形成。38.如申请专利范围第1项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系为一C面(0001)为主面之蓝宝石基板。该内六角锥孔穴相邻锥形面间之夹角实质上为120,而锥形面系由{10-11}晶面群或{11-22}晶面群所构成与其内六角锥形中心法线之夹角实质上为60。39.一种高光摘出效率发光元件,至少包含:一基板;形成于该基板上之一第一氮化物半导体叠层,其中该第一氮化物半导体叠层远离该基板处包含一第一表面及一第二表面,该第二表面包含复数个向下延伸之内六角锥形孔穴构造;形成于该第一表面上之一氮化物发光层;以及形成于该氮化物发光层上之一第二氮化物半导体叠层。40.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之顶端对角线大小,系介于10nm至1m之间。41.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之密度,系介于5x107cm-2至1x1010cm-2之间。42.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该内六角锥孔穴构造之深度,系介于10nm至1m之间。43.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,于该基板及该第一半导体叠层之间更包含一缓冲层。44.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中于该第二氮化物半导体叠层之上更包含一透明导电层。45.如申请专利范围第44项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该氮化物发光层,于该第二氮化物半导体叠层及该透明导电层之间更包含一反向穿隧接触层,该反向穿隧接触层之电性与该第二氮化物半导体叠层之电性相反,该反向穿隧接触层之载子浓度不小于5x1018cm-3。46.如申请专利范围第44项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,于该第二氮化物半导体叠层及该透明导电层之间更包含一低电阻穿隧接触层,该低电阻穿隧接触层系为一超晶格结构。47.如申请专利范围第44项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层系一薄金属导电层。48.如申请专利范围第47项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该薄金属导电层,系包含选自于Al、Ti、Ti/Al、Cr/Al、Ti/Au、Cr/Au、Ni/Au、TiW、TiN、WSi、Au/Ge、Pt、Pd及Rb中之至少一种材料或其它可代替之材料。49.如申请专利范围第44项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层系为一透明氧化物导电层。50.如申请专利范围第49项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该透明氧化物导电层系包含选自于氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝及氧化锌锡所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。51.如申请专利范围第44项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中该透明导电层于波长范围于300nm~700nm之间时,系具有50%以上之穿透率。52.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系为一蓝宝石基板。53.如申请专利范围第52项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该蓝宝石基板,系为一(0001)或(11-20)为主面基板,且具有0~10之一任意偏角。54.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系包含选自于GaN、AlN、SiC、GaAs、Gap、Si、ZnO、MgO、MgAl2O4及玻璃所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。55.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。56.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层至少包含一n型氮化物半导体层,且该第二氮化物半导体叠层中系至少包含或一p型氮化物半导体层。57.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层至少包含一p型氮化物半导体层,且该第二氮化物半导体叠层至少包含一n型氮化物半导体层。58.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该氮化物发光层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。59.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该氮化物发光层可为双异质结构、单量子井结构或多重量子井结构。60.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。61.如申请专利范围第43项所述一种高光摘出效率发光元件,其中,该缓冲层系包含选自于AlN、GaN、AlGaN、InGaN及AlInGaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。62.如申请专利范围第45项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该反向穿隧接触层系包含选自于InGaN及GaN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料。63.如申请专利范围第46项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该超晶格结构系包含选自于AlxGa1-xN及InyGa1-yN所构成材料组群中之至少一种材料或其它可代替之材料,其中0≦x≦1、0≦y≦1,但x,y不同时为0。64.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该第二表面之内六角锥孔穴结构系以湿蚀刻方式形成。65.如申请专利范围第39项所述之一种高光摘出效率发光元件,其中,该基板系为一C面(0001)为主面之蓝宝石基板。该内六角锥孔穴相邻锥形面间之夹角实质上为120,而锥形面系由{10-11}晶面群或{11-22}晶面群所构成与其内六角锥形中心法线之夹角实质上为60。图式简单说明:图1为一示意图,显示依本发明一较佳实施例之一种高光摘出效率发光元件;图2为一示意图,显示实施例1中高光摘出效率发光元件之具有内六角锥形孔穴构造之表层;图3为一示意图,显示依本发明又一较佳实施例之一种高光摘出效率发光元件;图4为一示意图,显示依本发明又一较佳实施例之一种高光摘出效率发光元件;图5显示依本发明之高光摘出效率发光元件其亮度与内六角锥形孔穴密度之关系;图6显示依本发明之高光摘出效率发光元件其亮度与内六角锥形孔穴顶端对角线大小之关系;图7显示依本发明之高光摘出效率发光元件其亮度与内六角锥形孔穴深度之关系;图8显示依本发明所制得之高光摘出效率发光元件经封装后之寿命测试结果。
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