[发明专利]发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(light emitting diode，简称LED)技术，且特别涉及一种可提升光汲取效率(light extraction efficiency)的发光二极管及其制造方法。

背景技术

发光二极管是一种半导体元件，主要是由III-V族元素化合物半导体材料所构成。因为这种半导体材料具有将电能转换为光的特性，所以对这种半导体材料施加电流时，其内部的电子会与空穴结合，并将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。

图1是已知的一种发光二极管的剖面示意图。请参照图1，已知的发光二极管10通常由一个基板100与其上的一层n型半导体层102、一层主动发光层104以及一层p型半导体层106所构成。而且，在n型半导体层102表面具有n型电极108、在p型半导体层106表面具有p型电极110。

不过，以传统的氮化镓(GaN)发光二极管而言，通常是使用蓝宝石(Sapphire)为外延基板。由于蓝宝石为透明材料，使得发光二极管出光光线四散发射，无法集中利用而形成耗损，如图1中从主动发光层104往基板100底下的箭头。同时，四散的光线会被内部各个半导体层吸收而蓄热，所以会降低氮化镓发光二极管的出光亮度与效率。

为了提升发光二极管发光效率，近来有将外延蓝宝石基板制作成周期性结构的方式(如美国专利US 6091085或美国专利US 2003057444A1)，以降低氮化镓的外延缺陷、提升亮度。同时，一维周期性光栅结构可使部分背部光线折射回正面发光再利用，提升整体发光二极管的光汲取效率。

然而，光栅结构对于垂直入射光线的折射效果不佳，须大角度入射光的反射效应方可显现，因此对于垂直射出的光线回收利用的效果明显有限。

发明内容

本发明提供一种发光二极管，可大幅改善正向垂直光的反射效果，提升发光二极管背面反射率，朝正向发光利用。

本发明另提供一种发光二极管的制造方法，可提升整体发光二极管的发光效率。

本发明又提供一种发光二极管的制造方法，可经较少的步骤，提升整体发光二极管的发光效率。

本发明提出一种发光二极管，至少包括一个基板、一层第一形态半导体层、一层主动发光层、一层第二形态半导体层以及一层锯齿状多层膜。上述第一形态半导体层位于基板上、主动发光层位于第一形态半导体层上、第二形态半导体层位于主动发光层上。至于锯齿状多层膜则位于第一形态半导体层底下并相对于主动发光层配置。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜具有光子晶体结构。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜可位于基板底下或者位于基板与第一形态半导体层之间。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜具有网格结构(latticestructure)。

在本发明的一实施例中，上述网格结构包括一维、二维或三维结构。

在本发明的一实施例中，上述网格结构的排列方式包括三角形、六角形(Hexagonal)、四方形或混合型式的阵列。

在本发明的一实施例中，上述网格结构的外型包括方形、条型、三角形或半圆形。

在本发明的一实施例中，上述网格结构的周期以及/或是高度可被用来决定网格结构适用于发光二极管的发光波长范围。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜是呈周期性堆叠，并且由两个或两个以上不同折射率的材料交替堆叠而成。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜适用于发光二极管的发光波长范围是取决于锯齿状多层膜的周期、堆叠薄膜厚度、堆叠薄膜层数与堆叠薄膜材料的折射率中至少一者。

在本发明的一实施例中，上述锯齿状多层膜中的堆叠薄膜的材料是选自TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、CeO₂、ZnS、ZnO、GaN、SiN_x、AlN、Al₂O₃、SiO₂与MgF₂中的两种材料。

在本发明的一实施例中，上述基板的材料包括蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、铝酸锂(LiAlO₂)、镓酸锂(LiGaO₂)或氮化铝(AlN)。

在本发明的一实施例中，当锯齿状多层膜堆叠于基板上，则上述基板的起始外观形状包括三角锥、方块状、半圆形或剖面呈三角形、方形或半圆形的条型。