一种能够提升光取出率的半导体光电元件及其制造方法技术

一种能够提升光取出率的半导体光电元件及其制造方法，该光电元件包含一基板，一发光区域，至少一个突出结构，其中的突出结构位于一元件切割平台上并与所述发光区域间隔一沟槽，以及围绕于所述发光区域周围，所述发光区域包含一ｎ型导通层位于该基板上，一发光层位于该ｎ型导通层上，一ｐ型导通层位于该发光层上。上述的结构可让光线除了直接由ｐ型导通层的方向向外射出，也可从内部经由反射或折射后而自突出结构向外射出；所述突出结构以围绕方式位于发光区域周围可增加光线经过的可能性，进而减少内部能量的损耗，有效提高光取出率效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体光电元件的结构及其制造方法，特别涉及包含突出结构的 半导体光电元件的结构及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(Light Emitting Diode ；简称LED)，为一种可将电能转化为光能的 电子元件，并同时具备二极管的特性。一般给予直流电时，发光二极管会稳定地发光，但如 果接上交流电，发光二极管会呈现闪烁的形态，闪烁的频率依据输入交流电的频率而定。发 光二极管的发光原理是外加电压使得电子与空穴在半导体内结合后，将能量以光的形式释 放。对于发光二极管而言，寿命长、低发热量及低耗电量，并且可以节约能源及减少污 染是最大的优点。发光二极管的应用面很广，然而发光效率为其中一个有待提升的问题，也 始终困扰着发光二极管照明技术的推广普及。发光效率要提升，有效增加取出效率就是其 中一个方法。传统的发光二极管结构受限于全反射及横向波导效应，无法将发光层所产生的光 全部取出，使得发光二极管整体的取光率偏低。以氮化镓系(GaN)三族氮化物发光二极管为例，氮化镓(GaN)的折射率为2. 5，空 气折射率为1，假定光的射出是在均勻的光学表面，可以计算出来全反射的临界角为23. 5 度。当光从氮化镓系(GaN)发光二极管发光层射出，只要入射角度大于23. 5度，就会全部反 射回材料内部。目前发展出许多技术试着有效提升光的取出效率，而表面微结构工艺是提 高发光二极管出光效率的其中一个有效技术。一种方法为中国台湾专利公开号码1296861， 即于发光区域外围的n型披覆层形成一粗糙表面，降低产生全反射的情形。另外，中国台湾专利公开号码200701521、美国专利公告号码US6953952B2、美国 专利公告号码US 7358544B2以及美国专利公开号码US2007/0228393的专利技术所述，该专利技术 于发光区域外围形成多个柱状结构并围绕于所述的发光区域，其柱状结构的高度与发光区 域的高度可以相等，柱状的角度范围约30 80度，以降低全反射的现象。请参考图1，显示 一现有技术俯视图，为半导体光电元件为同面电极形式的俯视图。在图1中，发光区域110 上形成一 P型电极114，发光区域旁边形成一 n型电极115。多个柱状结构122位于元件切 割平台124上，围绕于所述发光区域110与所述n型电极115周围。所述多个柱状结构122 之间包含多个隙缝123。由于光无方向性以及光子的位置分布在发光层的每一点，其结构可 以使得大部分光线利用柱状结构的角度及高度改变光线折射角度而射出，但是光子也可能 遇到柱状结构之间的缝隙而无法射出，仍然在发光区域的结构内全反射或是折射，最后转 换成热能。
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，为了符合产业利益的需求，改善上述的问题，以及提高半导体光电元件的光转换率，本专利技术提供一种半导体光电元件，主要于发光区域外围以至少 一个突出结构围绕。本专利技术提供一种能够提升光取出率的半导体光电元件的结构，包含一基板，一发 光区域，至少一个突出结构，其中的突出结构位于一元件切割平台上并与所述发光区域间 隔一沟槽，以及围绕于所述发光区域周围，所述发光区域包含一 n型导通层位于该基板上， 一发光层位于该n型导通层上，一 P型导通层位于该发光层上。所述基板与所述n型导通层之间可包含一缓冲层，所述发光层与所述p型导通层 之间可包含一电子阻挡层，一透明导电层位于所述发光区域上，一 n型电极位于n型导通层 上，一 P型电极位于所述透明导电层上，最后一保护层覆盖于所述发光区域并暴露出该P型 电极，或是覆盖于所述发光区域及所述突出结构并暴露出所述P型电极及n型电极。所述突出结构与所述发光区域之间间隔一沟槽，所述沟槽的宽度介于0. 1至 10 li m之间。所述突出结构的侧面为一倾斜面，该倾斜面的切面可为梯形或是三角形。所述倾斜面的倾斜角度范围介于45° 90°之间。所述倾倾斜角度范围介于65° 80°之间。所述突出结构的高度介于p型导通层及n型导通层之间，其宽度介于0. 1至10 y m 之间。另外，本专利技术也提供一种能够提升光取出率的半导体光电元件的制造方法，包含 提供一基板，形成一发光结构于所述基板上，蚀刻所述发光结构以形成一发光区域、一元件 切割平台以及一突出结构位于所述元件切割平台上，所述突出结构与所述发光区域之间间 隔一沟槽并围绕于所述发光区域。所述基板与所述n型导通层之间可包含形成一层缓冲层，所述发光层与所述p型 导通层之间可包含形成一层电子阻挡层，一透明导电层形成于所述发光区域上。一 n型电 极形成于n型欧姆接触层上，一 p型电极形成于所述透明导电层上。最后一保护层覆盖于 所述发光区域并暴露出该P型电极，或是覆盖于所述发光区域及所述突出结构并暴露出所 述P型电极及n型电极。上述的结构可让光线除了直接由p型导通层的方向向外射出，也可从内部经由反 射或折射后而自突出结构向外射出。所述突出结构以围绕方式位于发光区域周围可增加光 线经过的可能性，进而减少内部能量的损耗，有效提高光取出率效益。附图说明图1为本专利技术的现有技术；图2为本专利技术单一突出结构的同面电极形式半导体光电元件俯视图；图3 (a)至图3(g)为图2A到A'的截面的各步骤结构形成示意图；图4为本专利技术多个突出结构的同面电极形式半导体光电元件俯视图；图5为图4B到B'的截面的示意图；图6(a)为本专利技术突出结构放大图；图6(b)为本专利技术突出结构示意图；图7为本专利技术单一突出结构的双面电极形式半导体光电元件俯视图8为图7C到C'的截面的示意图；图9为本专利技术多个突出结构的双面电极形式半导体光电元件俯视图；图10为图9D到D'的截面的示意图；图11(a)至图11(e)为多个突出结构的分离式同面电极形式半导体光电元件各步 骤结构形成示意图；图12为本专利技术与现有技术单独的半导体光电元件结构的发光光场图；图13为本专利技术的突出结构中倾斜角度及围绕在发光区域数目与光增益的关系 图。上述附图中的附图标记说明如下101基板102缓冲层103GaN层104n型导通层105发光层106电子阻挡层107P型导通层109发光结构110发光区域101基板111Ilia 111b 111c突出结构112透明导电层113 113a 113b 113c沟槽114p 型电极115116保护层117118突出结构高度119120倾斜角度A121导电材料层122123隙缝124125突出结构切面126127金属层128129第二表面具体实施例方式本专利技术在此所探讨的方向为一种能够提升光取出率的半导体光电元件及其制造 方法。为了能彻底地了解本专利技术，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本 专利技术的实施并未限定于半导体光电元件工艺的领域普通技术人员所公知的特殊细节。另一 方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本专利技术不必要的限制。本专利技术 的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本专利技术还可以广泛地实施在 其他的实施例中，且本专利技术的范围不受限定，其以之后的权利要求为准。本专利技术利用半导体光电结构经外延后，通过蚀刻过程形成一突出结构与一发光区 域。所述的突出结构及发光区域之间间隔一沟槽，且所述的突出结构围绕于该发光区域周 围。因为光线是无方向性的，当发光区域的发光层产生光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够提升光取出率的半导体光电元件的结构，包含：一基板；一发光区域，包含：一ｎ型导通层，位于该基板上；一发光层，位于该ｎ型导通层上；一ｐ型导通层，位于该发光层上；第一突出结构，与该发光区域间隔一沟槽，以及围绕于该发光区域周围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄世晟，涂博闵，马志邦，叶颖超，林文禹，吴芃逸，詹世雄，
申请(专利权)人：先进开发光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]