專利名稱：：具有高度光取出率的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件(Semiconductorlight-emittingdevice),特別是涉及一種具有高度光取出率的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
：目前半導(dǎo)體發(fā)光元件[例如發(fā)光二極管(LED)]的應(yīng)用領(lǐng)域已甚為廣泛，例如照明以及遙控領(lǐng)域等，均見(jiàn)到半導(dǎo)體發(fā)光元件被廣泛地應(yīng)用。為了讓半導(dǎo)體發(fā)光元件盡可能地確保較高的功能可靠性以及較低的能源消耗，因此對(duì)于半導(dǎo)體發(fā)光元件均須要求其本身的外部量子效率(Extemalquantumefficiency)o原則上，半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部量子效率取決于其本身的內(nèi)部量子效率(Internalquantumefficiency)以及釋方夂效率(Extractionefficiency)。所謂的內(nèi)部量子效率由材料特性及品質(zhì)所決定。至于釋放效率則是指從元件內(nèi)部發(fā)出至周圍空氣或是封裝的環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)的輻射比例。釋放效率取決于當(dāng)輻射離開(kāi)元件內(nèi)部時(shí)所發(fā)生的損耗。造成上述損耗的主要原因之一是由于形成元件的表面層的半導(dǎo)體材料具有高光折射系數(shù)(Refractioncoefficient),例如砷化鎵(GaAs)的光折射系數(shù)約為3.6。眾所周知，高的光折射系數(shù)會(huì)導(dǎo)致光在該材料表面產(chǎn)生全反射(Totalreflection)而無(wú)法發(fā)射出去。關(guān)于半導(dǎo)體發(fā)光元件制造的前案，例如，美國(guó)專利案號(hào)6,277,665，公開(kāi)了利用表面粗糙化的方法來(lái)提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部量子效率。根據(jù)該專利的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其最頂層的曝露部分呈現(xiàn)粗糙的表面形態(tài)，由此，半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部量子效率被提高。目前發(fā)光二極管的外圍輪廓均設(shè)計(jì)為直線方式。若發(fā)光二極管的外圍(即側(cè)壁)形成規(guī)則或不規(guī)則的表面形態(tài)，就能增加側(cè)邊光取出的表面積，進(jìn)而增加發(fā)光二極管的光取出率，以提高外部量子效率。因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其側(cè)壁(Sidewall)呈現(xiàn)一表面形態(tài)(Surfacemorphology),故可增加側(cè)邊光取光的表面積，以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。在根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例中，該半導(dǎo)體發(fā)光元件包含基板(Substrate)、多層結(jié)構(gòu)(Multi-layerstructure)、最頂層(Top-mostlayer)以及至少一個(gè)電極。該多層結(jié)構(gòu)形成于該基板上并且包含發(fā)光區(qū)(Light-emittingregion)。該最頂層形成于該多層結(jié)構(gòu)上，并且該最頂層的側(cè)壁(Sidewall)的下部分呈現(xiàn)第一表面形態(tài)，該第一表面形態(tài)與第一圖案(Pattem)相關(guān)。此外，該最頂層的側(cè)壁的上部分呈現(xiàn)第二表面形態(tài)，該第二表面形態(tài)與第二圖案相關(guān)。該至少一個(gè)電極形成于該最頂層上。因此，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其側(cè)壁呈現(xiàn)表面形態(tài)，因此能增加側(cè)邊光取出的表面積，以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率以及外部量子效率。關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過(guò)以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。圖1A至圖1D表示具有不同表面形態(tài)的側(cè)壁的發(fā)光二極管元件其局部的側(cè)壁。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面視圖。圖3表示圖2中根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件其側(cè)壁可能的表面形態(tài)。主要附圖符號(hào)說(shuō)明10:側(cè)壁2:半導(dǎo)體發(fā)光元件20:基板22:多層結(jié)構(gòu)220:發(fā)光區(qū)24:最頂層240:下部分242:上部分26:電極具體實(shí)施例方式請(qǐng)見(jiàn)表1所示，表1列出根據(jù)具有不同表面形態(tài)的側(cè)壁的發(fā)光二極管元件，對(duì)其外部輪廓、發(fā)光強(qiáng)度及電性表現(xiàn)進(jìn)行測(cè)量所得的結(jié)果。請(qǐng)一并參閱圖1A至圖1D。圖1A至圖1D表示具有不同表面形態(tài)的側(cè)壁的發(fā)光二極管元件其局部的側(cè)壁。圖1A表示未經(jīng)處理(即直線型)的側(cè)壁10。圖1B至圖1D表示具有表面形態(tài)的側(cè)壁10。如表1所示，具有表面形態(tài)的側(cè)壁IO(即圖1B至圖1D)，其側(cè)壁10的周長(zhǎng)比未經(jīng)處理(即直線型)的側(cè)壁10的周長(zhǎng)較長(zhǎng)。由此，發(fā)光二極管元件其側(cè)邊光取出的表面積可大幅增加。因此，如表1所示，具有表面形態(tài)的側(cè)壁IO(即圖1B至圖1D)的發(fā)光二極管元件，在發(fā)光強(qiáng)度、輸出功率及外部量子效率的表現(xiàn)上，均比側(cè)壁10未經(jīng)處理(即直線型)的發(fā)光二極管元件較佳。其中，20mA的電流是輸入至發(fā)光二極管元件以測(cè)量其電性。由此可以證明，若發(fā)光二極管元件的外圍形成表面形態(tài)，就能增加側(cè)邊光取出的表面積，進(jìn)而增加發(fā)光二極管元件的光取出效率，以提高外部量子效率。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>請(qǐng)參閱圖2，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件2的截面視圖，該半導(dǎo)體發(fā)光元件2可以是發(fā)光二極管元件。如圖2所示，該半導(dǎo)體發(fā)光元件2包含基板20、多層結(jié)構(gòu)22、最頂層24以及至少一個(gè)電極26。在實(shí)際應(yīng)用中，該基板20可以是硅(Si)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)、藍(lán)寶石(Sapphire)、尖晶石(Spinnel)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、三氧化二鋁(入1203)、二氧化鋰鎵(LiGa02)、二氧化鋰鋁(LiA102)、四氧化鎂二鋁(MgAl204)或?qū)щ姴牧稀Ｔ摱鄬咏Y(jié)構(gòu)22形成于該基板20上并且包含發(fā)光區(qū)220。在實(shí)際應(yīng)用中，該發(fā)光區(qū)220可以包含PN-接合(PN-junction)、雙異質(zhì)接合(Doublehetero如nction)或多重量子井(Multiplequantumwell)。該最頂層(即透明接觸層)24形成于該多層結(jié)構(gòu)22上，該至少一個(gè)電極26形成于該最頂層24上。在實(shí)際應(yīng)用中，該最頂層24可以是銦錫氧化物(ITO)或氧化鋅(ZnO)。在一具體實(shí)施例中，該至少一個(gè)電極26亦可以形成于該多層結(jié)構(gòu)22上(如圖2所示)。請(qǐng)參閱圖3。圖3表示圖2中根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件2其側(cè)壁可能的表面形態(tài)。如圖3所示，在此實(shí)施例中，該最頂層24的側(cè)壁的下部分240可以呈現(xiàn)第一表面形態(tài)，該第一表面形態(tài)與第一圖案相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，該最頂層24的側(cè)壁的該第一表面形態(tài)(即下部分240)可以利用蝕刻阻抗層(Etching-resistantlayer)而形成。該蝕刻阻抗層可以是硅氧化物(Siliconoxide)或光阻材料(Photo-resistmaterial),并且該蝕刻阻抗層的邊界可以呈現(xiàn)該第一圖案。此外，該最頂層24的側(cè)壁的上部分242并且可以呈現(xiàn)第二表面形態(tài)，該第二表面形態(tài)與第二圖案相關(guān)。同樣地，該最頂層24的側(cè)壁的該第二表面形態(tài)(即上部分242)亦可以使用該蝕刻阻抗層并且根據(jù)該第二圖案而形成。需注意的是，該第二圖案通過(guò)縮減該蝕刻阻抗層邊界的該第一圖案而形成。如圖3所示，在此實(shí)施例中的半導(dǎo)體發(fā)光元件2的側(cè)壁呈現(xiàn)規(guī)則的表面型態(tài)。該側(cè)壁的表面形態(tài)亦可以通過(guò)多道黃光處理搭配蝕刻處理而形成，并不以此實(shí)施例中的上部分242及下部分240為限。換言之，該側(cè)壁可以包含多個(gè)部分，并且各個(gè)部分具有特殊表面形態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，該基板的側(cè)壁可以呈現(xiàn)與第三圖案相關(guān)的表面型態(tài)，該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁亦可以呈現(xiàn)與第四圖案相關(guān)的表面型態(tài)。換言之，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件2，其整個(gè)側(cè)壁均能夠呈現(xiàn)表面型態(tài)，以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件2的光取出效率以及外部量子效率。在實(shí)際應(yīng)用中，蝕刻阻抗層亦可以由鎳(Nickd)以及鋁(Al)或其他具有熱處理后會(huì)因內(nèi)聚力形成球狀的特性，且比待蝕刻材料耐蝕刻的金屬材料所形成。在此實(shí)施例中以鎳為范例。利用對(duì)鎳退火會(huì)形成奈米結(jié)構(gòu)的特性，將鎳作為蝕刻阻抗層進(jìn)行半導(dǎo)體發(fā)光元件2的蝕刻。由此，對(duì)鎳的蝕刻阻抗層執(zhí)行退火(Annealing)處理可形成蝕刻阻抗層邊界的圖案，并且此圖案可以是不規(guī)則的。需注意的是，蝕刻阻抗層邊界的圖案與退火處理的條件相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件2其側(cè)壁的尺寸可以圖3為范例。單位側(cè)壁的大小及相鄰側(cè)壁的間距d可以定義在0.1~l(Him之間。然而，隨著半導(dǎo)體制造的進(jìn)步，單位側(cè)壁的大小及相鄰側(cè)壁的間距d能夠逐漸被縮小，以大幅增加半導(dǎo)體發(fā)光元件2側(cè)邊光取出的面積。在一具體實(shí)施例中，若該基板20為導(dǎo)電材料，則在該基板20上成長(zhǎng)半導(dǎo)體發(fā)光元件2即可制作成電極分別位于上下表面的半導(dǎo)體發(fā)光元件2，即垂直結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光元件2。圖2中的半導(dǎo)體發(fā)光元件2的至少一個(gè)電極26形成于該最頂層24上，因此為水平結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光元件2。換言之，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件2的電極26并不限于形成于同一表面。以方法而言，該基板20是成長(zhǎng)半導(dǎo)體發(fā)光元件2的必需要件，但在實(shí)際制作成半導(dǎo)體發(fā)光元件2后，該基板20可以選擇性地被移除。另外，該最頂層24只是為了增進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)光元件2的效能，并非必需要件。因此，在另一具體實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件2可以不包含該基板20及該最頂層24。在另一具體實(shí)施例中，該蝕刻阻抗層邊界的第一圖案可以是圓形、半圓形、三角形、多邊形或上述圖案互相搭配。由此，該最頂層24能夠使用上述具有特殊圖案的該蝕刻阻抗層，經(jīng)過(guò)一道黃光處理搭配蝕刻處理，以形成具有相對(duì)應(yīng)表面形態(tài)的側(cè)壁。根據(jù)本發(fā)明的另一較佳具體實(shí)施例為制造半導(dǎo)體發(fā)光元件2的方法。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D2，首先，該制造方法制備基板20。之后，該制造方法形成多層結(jié)構(gòu)22于該基板20上，該多層結(jié)構(gòu)22包含發(fā)光區(qū)220。接著，該制造方法形成最頂層24于該多層結(jié)構(gòu)22上。隨后，該制造方法形成蝕刻阻抗層。該蝕刻阻抗層大體上覆蓋該最頂層24，致使該最頂層24的邊界(Boundary)外露，并且該蝕刻阻抗層的邊界呈現(xiàn)第一圖案。接著，該制造方法蝕刻該最頂層24的外露的邊界。然后，該制造方法縮減該蝕刻阻抗層的邊界，致使該蝕刻阻抗層的邊界呈現(xiàn)第二圖案，并且根據(jù)該第二圖案再次蝕刻該最頂層24的外露的邊界。之后，該制造方法移除該蝕刻阻抗層，并且在該最頂層24上形成至少一個(gè)電極26。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其側(cè)壁可以呈現(xiàn)規(guī)則或不規(guī)則的表面形態(tài)。雖然正向發(fā)光的表面積減少，但因?yàn)閭?cè)邊光取出的表面積大幅增加，故可以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率以及外部量子效率。此外，本發(fā)明可適用于各種半導(dǎo)體發(fā)光元件及光別。通過(guò)以上較佳具體實(shí)施例的詳述，希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所公開(kāi)的較佳具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的范圍加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具有相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng)的專利權(quán)利要求范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明所申請(qǐng)的專利權(quán)利要求應(yīng)該根據(jù)上述的說(shuō)明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具有相等性的安排。權(quán)利要求1、一種制造一半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法，包含下列步驟(a)制備一基板；(b)形成一多層結(jié)構(gòu)于該基板上，該多層結(jié)構(gòu)包含一發(fā)光區(qū)；(c)形成一最頂層于該多層結(jié)構(gòu)上；(d)形成一蝕刻阻抗層，該蝕刻阻抗層大體上覆蓋該最頂層，致使該最頂層的邊界外露，該蝕刻阻抗層的邊界呈現(xiàn)一第一圖案；(e)蝕刻該最頂層的該外露的邊界；(f)移除該蝕刻阻抗層；以及(g)于該最頂層上形成至少一個(gè)電極；其中該最頂層的側(cè)壁呈現(xiàn)一與該第一圖案相關(guān)的表面型態(tài)。2、如權(quán)利要求l所述的方法，在步驟(e)和步驟(f)之間，進(jìn)一步包含下列(e-l)縮減該蝕刻阻抗層的該邊界，致使該蝕刻阻抗層的該邊界呈現(xiàn)第二圖案；以及(e-2)再次蝕刻該最頂層的該外露的邊界；其中該最頂層的該側(cè)壁的表面型態(tài)與該第一圖案及該第二圖案相關(guān)。3、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該最頂層由銦錫氧化物或氧化鋅所形成。4、如權(quán)利要求l所述的方法，其中該發(fā)光區(qū)包含選自由PN-接合、雙異質(zhì)接合以及多重量子井所組成的組中的一項(xiàng)。5、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻阻抗層由硅氧化物或光阻材料所形成。6、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該蝕刻阻抗層由選自由鎳以及鋁所組成的組中的一瑣所形成。7、如權(quán)利要求6所述的方法，其中該蝕刻阻抗層的具有該第一圖案的該邊界通過(guò)退火處理所形成。8、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基板由選自由硅、氮化鎵、氮化鋁、藍(lán)寶石、尖晶石、碳化硅、砷化鎵、三氧化二鋁、二氧化鋰鎵、二氧化鋰鋁、四氧化鎂二鋁以及導(dǎo)電材料所組成的組中的一項(xiàng)所形成。9、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基板的側(cè)壁呈現(xiàn)與第三圖案相關(guān)的表面型態(tài)。10、如權(quán)利要求1所述的方法，其中該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁呈現(xiàn)與第四圖案相關(guān)的表面型態(tài)。11、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，包含基板；多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)形成于該基板上并且包含一發(fā)光區(qū)；最頂層，該最頂層形成于該多層結(jié)構(gòu)上，該最頂層的側(cè)壁的下部分呈現(xiàn)第一表面型態(tài)，該第一表面型態(tài)與第一圖案相關(guān)；以及至少一個(gè)電極，該至少一個(gè)電極形成于該最頂層上。12、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該最頂層由銦錫氧化物或氧化鋅所形成。13、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該發(fā)光區(qū)包含選自由PN-接合、雙異質(zhì)接合以及多重量子井所組成的組中的一項(xiàng)。14、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該基板由選自由硅、氮化鎵、氮化鋁、藍(lán)寶石、尖晶石、碳化硅、砷化鎵、三氧化二鋁、二氧化鋰鎵、二氧化鋰鋁、四氧化鎂二鋁以及一導(dǎo)電材料所組成的組中的一項(xiàng)所形成。15、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該最頂層的該側(cè)壁的該第一表面型態(tài)利用蝕刻阻抗層而形成，該蝕刻阻抗層的邊界呈現(xiàn)該第一圖案。16、如申請(qǐng)專利范圍第15項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該蝕刻阻抗層由硅氧化物或光阻材料所形成。17、如申請(qǐng)專利范圍第15項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該蝕刻阻抗層由選自由鎳以及鋁所組成的組中的一項(xiàng)所形成。18、如申請(qǐng)專利范圍第17項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該蝕刻阻抗層的具有該第一圖案的該邊界通過(guò)退火處理形成。19、如申請(qǐng)專利范圍第15項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該最頂層的該側(cè)壁的上部分呈現(xiàn)第二表面型態(tài)，該第二表面型態(tài)與第二圖案相關(guān)。20、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該基板的側(cè)壁呈現(xiàn)與第三圖案相關(guān)的表面型態(tài)。21、如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁呈現(xiàn)與第四圖案相關(guān)的表面型態(tài)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包含基板、多層結(jié)構(gòu)、最頂層以及至少一個(gè)電極。該多層結(jié)構(gòu)形成于該基板上并且包含發(fā)光區(qū)。該最頂層形成于該多層結(jié)構(gòu)上，并且該最頂層的側(cè)壁的下部分呈現(xiàn)第一表面形態(tài)，該第一表面形態(tài)與第一圖案相關(guān)。此外，該最頂層的側(cè)壁的上部分呈現(xiàn)第二表面形態(tài)，該第二表面形態(tài)與第二圖案相關(guān)。該至少一個(gè)電極形成于該最頂層上。因此，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其側(cè)壁呈現(xiàn)表面形態(tài)，因此能增加側(cè)邊光取出的表面積，以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率。文檔編號(hào)H01L33/00GK101295757SQ200710100968公開(kāi)日2008年10月29日申請(qǐng)日期2007年4月28日優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日發(fā)明者施文忠,林素慧,王偉凱申請(qǐng)人:廣鎵光電股份有限公司