[发明专利]发光二极管结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光元件，且特别是涉及一种发光二极管(LED)结构及其制造方法。 

背景技术

请参照图1，其绘示一种传统表面等离子体(Surface Plasmon；SP)模态的发光二极管结构的剖视图。此表面等离子体模态的发光二极管结构100包含基板102、外延结构110、共振金属层112、n型电极114、以及p型电极116。外延结构110包含依序堆叠在基板102上的n型半导体层104、有源层106与p型半导体层108。共振金属层112设于p型半导体层108上，而p型电极116则设于共振金属层112上。另一方面，n型电极114设于n型半导体层104的暴露部分上。 

在此表面等离子体模态的发光二极管结构100中，有源层106发出的光子可将其能量传递至p型半导体层108上的共振金属层112。共振金属层112吸收光子所传递的能量后，会以光子模态或表面等离子体模态呈现，并产生电磁场。共振金属层112所产生的电磁场会反过来激发有源层106，如此一来，可促使有源层106发出更多的光子，进而可提升发光二极管结构100的发光效率。此外，共振金属层112可将所吸收的光子再向外出射，因此可解决半导体材料层与空气界面因折射率差异过大而产生的全反射问题，进而可提升发光二极管结构100的光取出效率。 

然而，发明人发现p型半导体层108的厚度一般均达数千 因此，位于p型半导体层108上的共振金属层112与有源层106之间具有一定的距离。如此一来，将使得共振金属层112与有源层106的光子耦合效率不佳，进而导致出光效率的提升效果不如预期。 

为了提升共振金属层与有源层的光子耦合效率，目前提出将共振金属层设置在n型半导体层与有源层之间、或者将共振金属层设置在有源层与p型 半导体层之间的技术。虽然这样的设计可使共振金属层更接近有源层，然而在如此的结构设计下，外延结构的外延程序需半途中断来沉积共振金属层。如此一来，将严重影响外延结构的外延品质，而导致外延结构的发光效率大幅下降。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种发光二极管结构及其制造方法，其表面等离子体结构凹设于发光结构中，故可有效拉近表面等离子体结构的共振金属层与有源层之间的距离，而可增进共振金属层与有源层的耦合效率，进而可提升发光二极管结构的内部量子效率。 

本发明的另一目的在于提供一种发光二极管结构及其制造方法，其可通过调整表面等离子体结构中的绝缘层的材料，来降低发光二极管结构内的全反射现象，进而可增加发光二极管结构的外部量子效率。 

根据本发明的上述目的，提出一种发光二极管结构。此发光二极管结构包含一基板、一发光结构、至少一表面等离子体结构、以及一第一电极与一第二电极。发光结构设于基板上，且包含依序堆叠在基板上的第一电性半导体层、有源层、第二电性半导体层以及第一导电层。其中，有源层位于第一电性半导体层的第一部分上且暴露出第一电性半导体层的第二部分。前述的第一电性半导体层与第二电性半导体层的电性不同。前述至少一表面等离子体结构凹设于第一导电层与第二电性半导体层中。第一电极与第二电极分别设于第一电性半导体层的第二部分与第一导电层上。 

依据本发明的一实施例，上述的至少一表面等离子体结构包含多个表面等离子体条(SP bar)或多个表面等离子体点(SP dot)。 

依据本发明的另一实施例，上述的发光结构还包含至少一凹槽设于第一导电层与第二电性半导体层中，且上述至少一表面等离子体结构位于此至少一凹槽中，其中前述至少一表面等离子体结构包含依序堆叠的一第一绝缘层、一共振金属层与一第二绝缘层。 

依据本发明的又一实施例，上述的至少一凹槽的底面与有源层之间的距离从 至 

依据本发明的再一实施例，上述的至少一表面等离子体结构的底面的宽度从10nm至5μm。在一较佳实施例中，上述的至少一表面等离子体结构的 底面的宽度从0.5μm至2μm。 

依据本发明的再一实施例，上述的共振金属层的厚度从 至 之间。 

依据本发明的再一实施例，上述的第一绝缘层与该第二绝缘层的材料包含二氧化钛(TiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)或氮化硅(Si₃N₄)。 

依据本发明的再一实施例，上述的第一绝缘层的折射率大于第二绝缘层的折射率。