发明名称 高效率氮化物系发光元件
摘要 一种高效率氮化物系发光元件,其中存在一基板,形成于该基板上之一第一导电性氮化物半导体叠层,其中该第一导电性氮化物半导体叠层远离基板之表面包含一磊晶区域及一粗化区域,形成于该磊晶区域上之一氮化物多重量子井发光层,以及形成于该氮化物多重量子井发光层上之一第二导电性氮化物半导体叠层,以提高发光二极体之光摘出效率。
申请公布号 TWI234295 申请公布日期 2005.06.11
申请号 TW092128215 申请日期 2003.10.08
申请人 晶元光电股份有限公司 发明人 欧震;陈标达;魏学贤;蔡燕婷
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人
主权项 1.一种高效率氮化物系发光元件,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相对于该基板处存在一磊晶区域及一第一粗化区域,该磊晶区域表面至基板间之距离不小于第一粗化区域表面至基板间之距离;形成于该磊晶区域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。2.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一半导体叠层包含一氮化物缓冲层;以及一第一氮化物接触层。3.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层相对于该基板处更包含一第一导电性电极接触区域。4.如申请专利范围第3项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离小于磊晶区域表面至基板间之距离。5.如申请专利范围第3项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离大于第一粗化区域表面至基板间之距离。6.如申请专利范围第3项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离等于第一粗化区域表面至基板间之距离。7.如申请专利范围第3项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第一导电性电极接触区域上之一第一导电性电极。8.如申请专利范围第7项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第一导电性电极接触区域以及该第一导电性电极之间更包含一第一透明导电层。9.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第一粗化区域之上更包含一第一透明导电层。10.如申请专利范围第3项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域之粗化度不大于该第一粗化区域之粗化度。11.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层相对于氮化物发光层之一面更包含一第二导电性电极接触区域。12.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第二氮化物半导体叠层上之一反向穿隧接触层,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。13.如申请专利范围第1项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第二氮化物半导体叠层上之一反向穿隧接触层,该反向穿隧接触层为一超晶格结构。14.一种高效率氮一化物系发光元件,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相对于该基板处存在一磊晶区域及一第一粗化区域,该磊晶区域至基板间之距离不小于第一粗化区域至基板间之距离;形成于该磊晶区域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,该第二氮化物半导体叠层相对于氮化物发光层之一面包含一第二粗化区域。15.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层包含一氮化物缓冲层;以及一第一氮化物接触层。16.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一氮化物半导体叠层相对于该基板处更包含一第一导电性电极接触区域。17.如申请专利范围第16项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离大于第一粗化区域表面至基板间之距离。18.如申请专利范围第16项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离等于第一粗化区域表面至基板间之距离。19.如申请专利范围第16项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一导电性电极接触区域表面至基板间之距离小于第一粗化区域表面至基板间之距离。20.如申请专利范围第16项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第一导电性电极接触区域上之一第一导电性电极。21.如申请专利范围第20项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第一导电性电极接触区域以及该第一导电性电极之间更包含一第一透明导电层。22.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第一粗化区域之上更包含一第一透明导电层。23.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二氮化物半导体叠层相对于氮化物发光层之一面更包含一第二导电性电极接触区域。24.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第二氮化物半导体叠层上之一反向穿隧接触层,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。25.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第二氮化物半导体叠层上之一反向穿隧接触层,该反向穿隧接触层为一超晶格结构。26.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第二粗化区域之上更包含一第二透明导电层。27.如申请专利范围第26项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第二透明导电层之上更包含一第二导电性电极。28.如申请专利范围第23项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,更包含形成于该第二导电性电极接触区域上之一第二导电性电极。29.如申请专利范围第28项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,于该第二导电性电极接触区域以及该第二导电性电极之间更包含一第二透明导电层。30.如申请专利范围第8项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一透明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、氮化铟锡、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。31.如申请专利范围第21项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一透明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、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。32.如申请专利范围第9项或第22项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一透明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、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。33.如申请专利范围第26项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二透明导电层系包含选自于Ni/Au、NiO/Au、Ta/Au、TiWN、TiN、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。34.如申请专利范围第29项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二透明导电层系包含选自于Ni/Au、NiO/Au、Ta/Au、TiWN、TiN、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。35.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二粗化区域之表面粗化程度Ra为3nm~500nm。36.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二粗化区域系由乾蚀刻方式蚀刻所形成。37.如申请专利范围第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二粗化区域系由磊晶方式所形成。38.如申请专利范围第36项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该乾蚀刻方式系包含选自溅击蚀刻、离子束蚀刻、电浆蚀刻及反应性离子蚀刻中之至少一种方法。39.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该基板系包含选自蓝宝石CaN、AlN、SiC、GaAs、GaP、Si、ZnO、MgO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。40.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,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。41.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,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。42.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第二氮化物导电性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一材料。43.如申请专利范围第2项或第15项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该氮化物接触层系包含选自于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。44.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一氮化物导电性半导体叠层之电性系为N型,该第二氮化物导电性半导体叠层之电性系为P型。45.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一氮化物导电性半导体叠层之电性系为P型,该第二氮化物导电性半导体叠层之电性系为N型。46.如申请专利范围第1项或第14项所述之一种高效率氮化物系发光元件,其中,该第一粗化区域之表面粗化程度Ra为3nm~500nm。47.一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,包含下列步骤:选择一基板;于该基板之上形成一第一氮化物半导体叠层,其中该第一氮化物半导体叠层相对于该基板处存在一磊晶区域及一第一粗化区域,该磊晶区域表面至基板间之距离不小于第一粗化区域表面至基板间之距离;于该磊晶区域之上形成一氮化物发光层;以及于该氮化物发光层之上形成一第二氮化物半导体叠层。48.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第一导电性电极接触区域之上形成一第一导电性电极。49.如申请专利范围第48项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第一导电性电极接触区域以及该第一导电性电极之间形成一第一透明导电层。50.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第一粗化区域之上形成一第一透明导电层。51.如申请专利范围第49项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第一透明导电层之上形成一第一导电性电极。52.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二氮化物半导体叠层相对于氮化物发光层之一面形成一第二粗化区域。53.如申请专利范围第52项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二粗化区域之之上形成一第二透明导电层。54.如申请专利范围第53项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二透明导电层之上形成一第二导电性电极。55.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二氮化物半导体叠层相对于氮化物发光层之一面形成一第二导电性电极接触区域。56.如申请专利范围第55项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二导电性电极接触区域之上形成一第二导电性电极。57.如申请专利范围第56项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二导电性电极接触区域以及该第二导电性电极之间形成一第二透明导电层。58.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二氮化物半导体叠层之上形成一反向穿隧层,该反向穿隧层之电性与该第二氮化物半导体叠层之电性相反。59.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,更包含于该第二氮化物半导体叠层之上形成一反向穿隧层,该反向穿隧层为一超晶格结构。60.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,该粗化区域之形成方法系乾蚀刻方式。61.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,该粗化区域之形成方法系湿蚀刻方式。62.如申请专利范围第60项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,该乾蚀刻方式系包含选自溅击蚀刻、离子束蚀刻、电浆蚀刻及反应性离子蚀刻中之至少一种方法。63.如申请专利范围第47项所述之一种高效率氮化物系发光元件之制造方法,其中,该第一粗化区域之表面粗化程度Ra为3nm~500nm。图式简单说明:图1A为一示意图,显示传统发光二极体光射出路径示意图;图1B为一示意图,显示本发明之发光二极体光射出路径示意图;图2为一示意图,显示依本发明之一较佳实施例之一种高效率氮化物系发光元件;图3为一示意图,显示依本发明之一较佳实施例之一种高效率氮化物系发光元件;图4为一示意图,显示依本发明之一较佳实施例之一种高效率氮化物系发光元件;图5为一示意图,显示依本发明之一较佳实施例之一种高效率氮化物系发光元件;图6为一示意图,显示依本发明之一较佳实施例之一种高效率氮化物系发光元件;图7为一示意图,显示传统发光二极之表面粗糙程度;图8为一示意图,显示本发明之发光二极之表面粗糙程度;图9为一示意图,显示本发明之发光二极之表面粗糙度相对亮度之分布图。
地址 新竹市新竹科学工业园区力行五路5号