[发明专利]第三族氮化物发光装置及改进其出光效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进发光装置出光效率的方法，还涉及一种具改进出光效率的第三族氮化物发光装置，例如氮化镓(GaN)发光装置。

背景技术

发光装置，例如发光二极管(LEDs)，是借由一种或多种具有远超过空气(折射率n＝1.0)折射率的物质(典型折射率n～2.5)发射产生的光。一般来说，此光是产生于具有至少一个外表面的一多层堆栈体，而各堆栈层所产生的光线则由该堆栈体表面释放。此发光堆栈体表面会与某些物体接触，举例而言，是一种封装物体。此封装物体典型地具有介于1.4至1.8的折射率。光线穿越发光堆栈体表面与封装层的接口所遇到的折射率的变化，实质上造成了多数产自多层堆栈体的光线被该接口反射回该多层堆栈体的结果。也就是说，原本应自该多层堆栈体散逸并随之进入封装层的光，有大部分被折射回原多层堆栈体内部，且该折射光于此被吸收。因此，大大地减少了外部照明的有效出光量。

美国专利第6,831,302号揭露一种n型掺杂的氮化镓层外表面的图样。该氮化镓层是一多层堆栈体的外层。部份n型掺杂层被移除以制造开口，所述开口被封装材料覆盖(非填满)，进而创造出一光滑的封装表面层于n型掺杂氮化镓层的表面的开口凹陷处。在最外边半导体层内的图样形成了数个垂直于封装面，破裂的高低不同折射率的区域。这些破裂的区域打乱了光线在该接口的低角度反射，也造成光线在低角度来回反射的趋势。光线游走于该n型掺杂半导体层内，平行且接近发光堆栈体表面，直到被吸收不再自该多层堆栈体散逸为止。

在多层堆栈体的外表面形成凹陷处可增进半导体发光装置的出光量，然该形成图样的制作步骤却可能耗时或需要昂贵设备。举例而言，蚀刻磊晶表面就是需要昂贵设备的典型代表。该形成图样的制作步骤也可能改变发光层的电性与化学特性，以致该层交替地减弱发光效率。

另一个改善发光装置质量的方法由Fujii等人揭露于美国专利公开第2007-0121690号中。Fujii等人揭露一个氮化镓发光二极管，其中光线经由该发光二极管的一氮面(N-face)射出，该氮面的一表面被粗化形成一个或多个六角锥。该粗化表面减少了持续发生于发光二极管内的光线反射，如此，更多的光线可自发光二极管内发出。此氮面的表面借由一非等向性蚀刻粗化，该蚀刻则包含了一干式蚀刻或一光激化学(PEC)蚀刻。

虽然该粗化表面可减少持续发生于发光二极管内的光线反射，但该蚀刻步骤可能会伤害发光装置的电性与化学特性。因此，迫切需要一种增进发光装置出光效率却不导致该装置电性与化学特性损害的方法。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本发明的一个目的即在于提供一种改进第三族氮化物发光装置出光效率的方法；本发明的另一目的是提供一种具改进出光效率的第三族氮化物发光装置。

依照本发明的主要目的，提供一种改进第三族氮化物发光装置的出光效率的方法，其步骤包括：提供具有一上表面的一第三族氮化物发光装置；于该上表面布设一晶种层以增加该第三族氮化物发光装置的附着力；及于该晶种层上形成一具图样的氧化层，具有数个纳米颗粒但不会吸收可见光；其中该纳米颗粒的大小与形状是由该具图样的氧化层形成过程中的反应浓度、时间及温度所控制，因此可改进第三族氮化物发光装置的出光效率而不会损害该第三族氮化物发光装置。

根据本案构想，该晶种层包含氧化锌(ZnO)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)或钴(Co)。

根据本案构想，该具图样的氧化层包含氧化锌(ZnO)、二氧化硅(SiO₂)、二氧化钛(TiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)。

根据本案构想，该具图样的氧化层利用水热法、热蒸镀法、化学气相沉积法或分子束磊晶法制成。

根据本案构想，该晶种层利用旋转涂布、浸渍涂布、蒸镀、溅镀、原子层沉积、电化学沉积、脉冲雷射沉积或金属有机物化学气相沉积布设。

根据本案构想，该纳米颗粒长度介于10nm至50μm之间。

根据本案构想，该纳米颗粒的截面直径介于30nm至10μm之间。

根据本案构想，该纳米颗粒的间距介于10nm至1000μm之间。

根据本案构想，该纳米颗粒的等效折射率介于1.5至2.5之间。

依照本发明的另一主要目的，提供一种具改进出光效率的第三族氮化物发光装置，包括：一第三族氮化物发光装置，其具有一上表面；一晶种层于该上表面上以增加该第三族氮化物发光装置的附着力；及一具图样的氧化层，形成于该晶种层上，具有数个纳米颗粒但不会吸收可见光。