专利名称：：具有高度光取出率的半导体发光元件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种半导体发光元件(Semiconductorlight-emittingdevice),特别是涉及一种具有高度光取出率的半导体发光元件。
背景技术：
：目前半导体发光元件[例如发光二极管(LED)]的应用领域已甚为广泛，例如照明以及遥控领域等，均见到半导体发光元件被广泛地应用。为了让半导体发光元件尽可能地确保较高的功能可靠性以及较低的能源消耗，因此对于半导体发光元件均须要求其本身的外部量子效率(Extemalquantumefficiency)o原则上，半导体发光元件的外部量子效率取决于其本身的内部量子效率(Internalquantumefficiency)以及释方夂效率(Extractionefficiency)。所谓的内部量子效率由材料特性及品质所决定。至于释放效率则是指从元件内部发出至周围空气或是封装的环氧树脂内的辐射比例。释放效率取决于当辐射离开元件内部时所发生的损耗。造成上述损耗的主要原因之一是由于形成元件的表面层的半导体材料具有高光折射系数(Refractioncoefficient),例如砷化镓(GaAs)的光折射系数约为3.6。众所周知，高的光折射系数会导致光在该材料表面产生全反射(Totalreflection)而无法发射出去。关于半导体发光元件制造的前案，例如，美国专利案号6,277,665，公开了利用表面粗糙化的方法来提高半导体发光元件的外部量子效率。根据该专利的半导体发光元件，其最顶层的曝露部分呈现粗糙的表面形态，由此，半导体发光元件的外部量子效率被提高。目前发光二极管的外围轮廓均设计为直线方式。若发光二极管的外围(即侧壁)形成规则或不规则的表面形态，就能增加侧边光取出的表面积，进而增加发光二极管的光取出率，以提高外部量子效率。因此，本发明的主要目的在于提供一种半导体发光元件，其侧壁(Sidewall)呈现一表面形态(Surfacemorphology),故可增加侧边光取光的表面积，以提高半导体发光元件的光取出效率。
发明内容本发明的一个目的在于提供一种半导体发光元件及其制造方法。在根据本发明的一较佳具体实施例中，该半导体发光元件包含基板(Substrate)、多层结构(Multi-layerstructure)、最顶层(Top-mostlayer)以及至少一个电极。该多层结构形成于该基板上并且包含发光区(Light-emittingregion)。该最顶层形成于该多层结构上，并且该最顶层的侧壁(Sidewall)的下部分呈现第一表面形态，该第一表面形态与第一图案(Pattem)相关。此外，该最顶层的侧壁的上部分呈现第二表面形态，该第二表面形态与第二图案相关。该至少一个电极形成于该最顶层上。因此，根据本发明的半导体发光元件，其侧壁呈现表面形态，因此能增加侧边光取出的表面积，以提高半导体发光元件的光取出效率以及外部量子效率。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。图1A至图1D表示具有不同表面形态的侧壁的发光二极管元件其局部的侧壁。图2表示根据本发明的一较佳具体实施例的半导体发光元件的截面视图。图3表示图2中根据本发明的半导体发光元件其侧壁可能的表面形态。主要附图符号说明10:侧壁2:半导体发光元件20:基板22:多层结构220:发光区24:最顶层240:下部分242:上部分26:电极具体实施例方式请见表1所示，表1列出根据具有不同表面形态的侧壁的发光二极管元件，对其外部轮廓、发光强度及电性表现进行测量所得的结果。请一并参阅图1A至图1D。图1A至图1D表示具有不同表面形态的侧壁的发光二极管元件其局部的侧壁。图1A表示未经处理(即直线型)的侧壁10。图1B至图1D表示具有表面形态的侧壁10。如表1所示，具有表面形态的侧壁IO(即图1B至图1D)，其侧壁10的周长比未经处理(即直线型)的侧壁10的周长较长。由此，发光二极管元件其侧边光取出的表面积可大幅增加。因此，如表1所示，具有表面形态的侧壁IO(即图1B至图1D)的发光二极管元件，在发光强度、输出功率及外部量子效率的表现上，均比侧壁10未经处理(即直线型)的发光二极管元件较佳。其中，20mA的电流是输入至发光二极管元件以测量其电性。由此可以证明，若发光二极管元件的外围形成表面形态，就能增加侧边光取出的表面积，进而增加发光二极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>请参阅图2，图2表示根据本发明的一较佳具体实施例的半导体发光元件2的截面视图，该半导体发光元件2可以是发光二极管元件。如图2所示，该半导体发光元件2包含基板20、多层结构22、最顶层24以及至少一个电极26。在实际应用中，该基板20可以是硅(Si)、氮化镓(GaN)、氮化铝(A1N)、蓝宝石(Sapphire)、尖晶石(Spinnel)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、三氧化二铝(入1203)、二氧化锂镓(LiGa02)、二氧化锂铝(LiA102)、四氧化镁二铝(MgAl204)或导电材料。该多层结构22形成于该基板20上并且包含发光区220。在实际应用中，该发光区220可以包含PN-接合(PN-junction)、双异质接合(Doublehetero如nction)或多重量子井(Multiplequantumwell)。该最顶层(即透明接触层)24形成于该多层结构22上，该至少一个电极26形成于该最顶层24上。在实际应用中，该最顶层24可以是铟锡氧化物(ITO)或氧化锌(ZnO)。在一具体实施例中，该至少一个电极26亦可以形成于该多层结构22上(如图2所示)。请参阅图3。图3表示图2中根据本发明的半导体发光元件2其侧壁可能的表面形态。如图3所示，在此实施例中，该最顶层24的侧壁的下部分240可以呈现第一表面形态，该第一表面形态与第一图案相关。在实际应用中，该最顶层24的侧壁的该第一表面形态(即下部分240)可以利用蚀刻阻抗层(Etching-resistantlayer)而形成。该蚀刻阻抗层可以是硅氧化物(Siliconoxide)或光阻材料(Photo-resistmaterial),并且该蚀刻阻抗层的边界可以呈现该第一图案。此外，该最顶层24的侧壁的上部分242并且可以呈现第二表面形态，该第二表面形态与第二图案相关。同样地，该最顶层24的侧壁的该第二表面形态(即上部分242)亦可以使用该蚀刻阻抗层并且根据该第二图案而形成。需注意的是，该第二图案通过縮减该蚀刻阻抗层边界的该第一图案而形成。如图3所示，在此实施例中的半导体发光元件2的侧壁呈现规则的表面型态。该侧壁的表面形态亦可以通过多道黄光处理搭配蚀刻处理而形成，并不以此实施例中的上部分242及下部分240为限。换言之，该侧壁可以包含多个部分，并且各个部分具有特殊表面形态。在实际应用中，该基板的侧壁可以呈现与第三图案相关的表面型态，该多层结构的侧壁亦可以呈现与第四图案相关的表面型态。换言之，根据本发明的半导体发光元件2，其整个侧壁均能够呈现表面型态，以提高半导体发光元件2的光取出效率以及外部量子效率。在实际应用中，蚀刻阻抗层亦可以由镍(Nickd)以及铝(Al)或其他具有热处理后会因内聚力形成球状的特性，且比待蚀刻材料耐蚀刻的金属材料所形成。在此实施例中以镍为范例。利用对镍退火会形成奈米结构的特性，将镍作为蚀刻阻抗层进行半导体发光元件2的蚀刻。由此，对镍的蚀刻阻抗层执行退火(Annealing)处理可形成蚀刻阻抗层边界的图案，并且此图案可以是不规则的。需注意的是，蚀刻阻抗层边界的图案与退火处理的条件相关。在实际应用中，根据本发明的半导体发光元件2其侧壁的尺寸可以图3为范例。单位侧壁的大小及相邻侧壁的间距d可以定义在0.1~l(Him之间。然而，随着半导体制造的进步，单位侧壁的大小及相邻侧壁的间距d能够逐渐被縮小，以大幅增加半导体发光元件2侧边光取出的面积。在一具体实施例中，若该基板20为导电材料，则在该基板20上成长半导体发光元件2即可制作成电极分别位于上下表面的半导体发光元件2，即垂直结构半导体发光元件2。图2中的半导体发光元件2的至少一个电极26形成于该最顶层24上，因此为水平结构半导体发光元件2。换言之，根据本发明的半导体发光元件2的电极26并不限于形成于同一表面。以方法而言，该基板20是成长半导体发光元件2的必需要件，但在实际制作成半导体发光元件2后，该基板20可以选择性地被移除。另外，该最顶层24只是为了增进半导体发光元件2的效能，并非必需要件。因此，在另一具体实施例中，根据本发明的半导体发光元件2可以不包含该基板20及该最顶层24。在另一具体实施例中，该蚀刻阻抗层边界的第一图案可以是圆形、半圆形、三角形、多边形或上述图案互相搭配。由此，该最顶层24能够使用上述具有特殊图案的该蚀刻阻抗层，经过一道黄光处理搭配蚀刻处理，以形成具有相对应表面形态的侧壁。根据本发明的另一较佳具体实施例为制造半导体发光元件2的方法。请再参阅图2，首先，该制造方法制备基板20。之后，该制造方法形成多层结构22于该基板20上，该多层结构22包含发光区220。接着，该制造方法形成最顶层24于该多层结构22上。随后，该制造方法形成蚀刻阻抗层。该蚀刻阻抗层大体上覆盖该最顶层24，致使该最顶层24的边界(Boundary)外露，并且该蚀刻阻抗层的边界呈现第一图案。接着，该制造方法蚀刻该最顶层24的外露的边界。然后，该制造方法縮减该蚀刻阻抗层的边界，致使该蚀刻阻抗层的边界呈现第二图案，并且根据该第二图案再次蚀刻该最顶层24的外露的边界。之后，该制造方法移除该蚀刻阻抗层，并且在该最顶层24上形成至少一个电极26。与现有技术相比，根据本发明的半导体发光元件，其侧壁可以呈现规则或不规则的表面形态。虽然正向发光的表面积减少，但因为侧边光取出的表面积大幅增加，故可以提高半导体发光元件的光取出效率以及外部量子效率。此外，本发明可适用于各种半导体发光元件及光别。通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具有相等性的安排于本发明所欲申请的专利权利要求范围内。因此，本发明所申请的专利权利要求应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具有相等性的安排。权利要求1、一种制造一半导体发光元件的方法，包含下列步骤(a)制备一基板；(b)形成一多层结构于该基板上，该多层结构包含一发光区；(c)形成一最顶层于该多层结构上；(d)形成一蚀刻阻抗层，该蚀刻阻抗层大体上覆盖该最顶层，致使该最顶层的边界外露，该蚀刻阻抗层的边界呈现一第一图案；(e)蚀刻该最顶层的该外露的边界；(f)移除该蚀刻阻抗层；以及(g)于该最顶层上形成至少一个电极；其中该最顶层的侧壁呈现一与该第一图案相关的表面型态。2、如权利要求l所述的方法，在步骤(e)和步骤(f)之间，进一步包含下列(e-l)縮减该蚀刻阻抗层的该边界，致使该蚀刻阻抗层的该边界呈现第二图案；以及(e-2)再次蚀刻该最顶层的该外露的边界；其中该最顶层的该侧壁的表面型态与该第一图案及该第二图案相关。3、如权利要求1所述的方法，其中该最顶层由铟锡氧化物或氧化锌所形成。4、如权利要求l所述的方法，其中该发光区包含选自由PN-接合、双异质接合以及多重量子井所组成的组中的一项。5、如权利要求1所述的方法，其中该蚀刻阻抗层由硅氧化物或光阻材料所形成。6、如权利要求1所述的方法，其中该蚀刻阻抗层由选自由镍以及铝所组成的组中的一瑣所形成。7、如权利要求6所述的方法，其中该蚀刻阻抗层的具有该第一图案的该边界通过退火处理所形成。8、如权利要求1所述的方法，其中该基板由选自由硅、氮化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、碳化硅、砷化镓、三氧化二铝、二氧化锂镓、二氧化锂铝、四氧化镁二铝以及导电材料所组成的组中的一项所形成。9、如权利要求1所述的方法，其中该基板的侧壁呈现与第三图案相关的表面型态。10、如权利要求1所述的方法，其中该多层结构的侧壁呈现与第四图案相关的表面型态。11、一种半导体发光元件，包含基板；多层结构，该多层结构形成于该基板上并且包含一发光区；最顶层，该最顶层形成于该多层结构上，该最顶层的侧壁的下部分呈现第一表面型态，该第一表面型态与第一图案相关；以及至少一个电极，该至少一个电极形成于该最顶层上。12、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该最顶层由铟锡氧化物或氧化锌所形成。13、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该发光区包含选自由PN-接合、双异质接合以及多重量子井所组成的组中的一项。14、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该基板由选自由硅、氮化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、碳化硅、砷化镓、三氧化二铝、二氧化锂镓、二氧化锂铝、四氧化镁二铝以及一导电材料所组成的组中的一项所形成。15、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该最顶层的该侧壁的该第一表面型态利用蚀刻阻抗层而形成，该蚀刻阻抗层的边界呈现该第一图案。16、如申请专利范围第15项所述的半导体发光元件，其中该蚀刻阻抗层由硅氧化物或光阻材料所形成。17、如申请专利范围第15项所述的半导体发光元件，其中该蚀刻阻抗层由选自由镍以及铝所组成的组中的一项所形成。18、如申请专利范围第17项所述的半导体发光元件，其中该蚀刻阻抗层的具有该第一图案的该边界通过退火处理形成。19、如申请专利范围第15项所述的半导体发光元件，其中该最顶层的该侧壁的上部分呈现第二表面型态，该第二表面型态与第二图案相关。20、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该基板的侧壁呈现与第三图案相关的表面型态。21、如权利要求11所述的半导体发光元件，其中该多层结构的侧壁呈现与第四图案相关的表面型态。全文摘要本发明公开一种半导体发光元件及其制造方法。根据本发明的半导体发光元件包含基板、多层结构、最顶层以及至少一个电极。该多层结构形成于该基板上并且包含发光区。该最顶层形成于该多层结构上，并且该最顶层的侧壁的下部分呈现第一表面形态，该第一表面形态与第一图案相关。此外，该最顶层的侧壁的上部分呈现第二表面形态，该第二表面形态与第二图案相关。该至少一个电极形成于该最顶层上。因此，根据本发明的半导体发光元件，其侧壁呈现表面形态，因此能增加侧边光取出的表面积，以提高半导体发光元件的光取出效率。文档编号H01L33/00GK101295757SQ200710100968公开日2008年10月29日申请日期2007年4月28日优先权日2007年4月28日发明者施文忠,林素慧,王伟凯申请人:广镓光电股份有限公司