專利名稱：發(fā)光二極體基板與發(fā)光二極體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本新型設(shè)計是關(guān)于一種發(fā)光_■極體基板，特別是關(guān)于一種具有聞的光萃取效率的發(fā)光二極體基板與使用此基板的發(fā)光二極體。
ニ背景技術(shù)：
發(fā)光二極體是ー種由化合物半導(dǎo)體制作而成的發(fā)光組件，是通過電子與電洞的結(jié)合，實現(xiàn)由電向光的轉(zhuǎn)換。發(fā)光二極體屬于冷發(fā)光，因此具有耗電量低、不需預(yù)暖時間、組件壽命長、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，另外其體積小、耐沖擊、適合量產(chǎn)，所以容易配合應(yīng)用上的需求以制成極小型或數(shù)組式組件。為了使發(fā)光二極體在未來有更大的應(yīng)用空間和前景，如何提高發(fā)光二極體的發(fā)光亮度是目前各界著重研究的項目之一。在理想的發(fā)光二極體中，當(dāng)主動區(qū)內(nèi)載子復(fù)合成光子后，這些光子若能全部輻射至外界，那么該發(fā)光二極體的發(fā)光效率也是百分之百，而實際上主動區(qū)所產(chǎn)生的光子會由于各種損耗因素，無法百分之百輻射到外界。目前為提升發(fā)光二極體的發(fā)光效率，已使用圖案化的發(fā)光二極體基板，譬如由許多平臺結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的發(fā)光二極體基板，來散射由發(fā)光二極管射出的光線，以降低全反射。
三、發(fā)明內(nèi)容為了克服上述缺陷，本新型設(shè)計提供ー種發(fā)光二極體基板，具有高的光萃取效率。另外，本新型設(shè)計提供ー種發(fā)光二極體，具有上述發(fā)光二極體基板。本新型設(shè)計提出ー種發(fā)光二極體基板，包含ー藍(lán)寶石基板，其特征在干，這樣的藍(lán)寶石基板包括由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的一表面，且這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期(pitch)小于IOii m。上述無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面具有ー個第一底角以及ー個第二底角，第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之間。在本新型設(shè)計的第一實施例中，上述無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期約在0.之間。在本新型設(shè)計的第一實施例中，上述無轉(zhuǎn)折六角錐體的最大高度在Iiim 2iim之間，較佳是在1.5iim 2iim之間。在本新型設(shè)計的第一實施例中，上述無轉(zhuǎn)折六角錐體的頂部可為平面或尖端。在本新型設(shè)計的第一實施例中，上述藍(lán)寶石基板的表面包括(0001)面，且(0001)面約占此表面的投影面積的10% 60% ;較佳是占藍(lán)寶石基板的表面的10% 30%。本新型設(shè)計另提出ー種發(fā)光二極體，包括上述藍(lán)寶石基板、配置在該藍(lán)寶石基板上的ー個第一半導(dǎo)體層、配置在所述第一半導(dǎo)體層上的一發(fā)光層、配置在所述發(fā)光層上的ー個第二半導(dǎo)體層、與所述第一半導(dǎo)體層接觸的ー個第一歐姆電極、以及與所述第二半導(dǎo)體層接觸的ー個第二歐姆電極。 在本新型設(shè)計的第二實施例中，上述第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層與第二半導(dǎo)體層包括III-V族系半導(dǎo)體，如氮化鎵半導(dǎo)體。[0014]在本新型設(shè)計的第二實施例中，上述第一與第二歐姆電極是含自鎳、鉛、鈷、鉄、鈦、銅、銠、金、釕、鎢、鋯、鑰、鉭、銀和它們的氧化物、氮化物中的ー種合金或多層膜。在本新型設(shè)計的第二實施例中，上述第一與第二歐姆電極是含自銠、銥、銀、鋁中的ー種合金或多層膜。基于上面所述，本新型設(shè)計的結(jié)構(gòu)基本上是以由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的藍(lán)寶石基板作為出光表面，所以能借助無轉(zhuǎn)折六角錐體本身的六個面來増加光的散射，以增進(jìn)基板的出光效率。
四
圖I為依照本新型設(shè)計第一實施例中發(fā)光二極體基板的立體示意圖；圖2A為第一實施例中單ー無轉(zhuǎn)折六角錐體的立體示意圖；圖2B是圖2A無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面示意圖；圖3A至圖3D為第一實施例中發(fā)光二極體基板的制作流程剖面圖；圖4是依照本本新型設(shè)計的第三實施例中發(fā)光二極體的剖面示意圖；圖5是模擬試驗中的傳統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基板的詳細(xì)尺寸；圖6是模擬試驗中的無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的基板之詳細(xì)尺寸；圖7是模擬試驗的結(jié)果曲線圖。另，主要組件符號說明100,300 :藍(lán)寶石基板102,200,308 :無轉(zhuǎn)折六角錐體102a、202 :頂部104 :表面302 :氧化層304 :硬罩幕306:凸型圖案400 :第一半導(dǎo)體層402 :發(fā)光層404 :第二半導(dǎo)體層406:第一歐姆電極408:第二歐姆電極al、a2:底角h :最大高度p :周期
五具體實施方式
圖I是依照本創(chuàng)作的第一實施例中ー種發(fā)光二極體基板的立體示意圖。在圖I中顯示ー藍(lán)寶石基板100，這個藍(lán)寶石基板100包括由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體102所構(gòu)成的一表面104。所謂的「無轉(zhuǎn)折六角錐體」是指ー種由六個無轉(zhuǎn)折的面構(gòu)成的接近三角錐體的結(jié)構(gòu)。這些無轉(zhuǎn)折六角錐體102的周期(pitch)p小于IOy m，較佳是0. I i! m 3 i! m之間。所謂的「周期」是指每一個無轉(zhuǎn)折六角錐體102之間的距離。而無轉(zhuǎn)折六角錐體200的對稱剖面具有一第一底角al以及ー第二底角a2，第二底角a2大于第一底角al，且第二底角a2的角度在50度至70度之間，較佳是在55度至65度之間。在本實施例中，無轉(zhuǎn)折六角錐體102的頂部102a為尖端，但是本新型設(shè)計并不局限于此，無轉(zhuǎn)折六角錐體102的頂部102a也可以具有平臺表面。而在藍(lán)寶石基板100的表面104包括(0001)面(即圖I中所示的有點狀分布的面)，且(0001)面占此整個表面104的投影面積的10% 60%;較佳是10% 30%。當(dāng)(0001)面占整個表面104的投影面積高于60%時，可能會導(dǎo)致光輸出效率的増益不明顯，而當(dāng)(0001)面占整個表面104的投影面積低于10%時，可能會使磊晶遭遇困難。 圖2A顯示第一實施例中單ー無轉(zhuǎn)折六角錐體的立體示意圖；圖2B是圖2A無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面(B-B線段之剖面)示意圖。圖2A與圖2B中的無轉(zhuǎn)折六角錐體200的最大高度h是與無轉(zhuǎn)折六角錐體200的周期成正比。所謂的「最大高度」是自無轉(zhuǎn)折六角錐體200的頂部202到底部的距離，以本實施例而言,無轉(zhuǎn)折六角錐體200的最大高度在
1ii m 2 ii m之間,較佳是在I. 5 ii m 2 ii m之間。當(dāng)無轉(zhuǎn)折六角錐體200的最大高度大于
2時，可能會有不易磊晶的情形發(fā)生。圖中的無轉(zhuǎn)折六角錐體200的頂部202為平面。下面列舉ー種制作第一實施例之發(fā)光二極體基板的實驗例(ExperimentalExample),請參照圖3A至圖3D的剖面示意圖。首先準(zhǔn)備ー個藍(lán)寶石基板300，然后，在藍(lán)寶石基板300上鍍上ー層氧化層302，如圖3A。接著，利用微影蝕刻制程，將氧化層302蝕刻成具有圖案的一硬罩幕(HardMask) 304，如圖3B?？筛鶕?jù)需求利用現(xiàn)有技術(shù)來增加硬罩幕304與藍(lán)寶石基板300的附著性，以應(yīng)付后續(xù)的蝕刻步驟，増加抗蝕能力。然后，進(jìn)行數(shù)分鐘的濕式蝕刻，此時藍(lán)寶石基板300出現(xiàn)六角錐狀數(shù)組之凸型圖案306，同時硬罩幕304會受蝕刻液影響會逐漸變小，如圖3C。最后，完成無轉(zhuǎn)折六角錐體308。如果還有硬罩幕304殘留，則需要再進(jìn)行一次去除硬罩幕的步驟，若如圖3D所示已無硬罩幕304，則可停止蝕刻，此時無轉(zhuǎn)折六角錐體308的周期為3 ii m。以上僅為說明制作本新型設(shè)計的發(fā)光二極體基板的一種實驗例，因此上述制程并非用來局限本創(chuàng)作的結(jié)構(gòu)范圍，只是為使本新型設(shè)計所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者明了井能借助現(xiàn)有技術(shù)制作出本新型設(shè)計的結(jié)構(gòu)。圖4是依照本新型設(shè)計第三實施例中ー種發(fā)光二極體的剖面示意圖。圖4所示第一實施例中藍(lán)寶石基板100 (圖I)、配置在藍(lán)寶石基底100上的ー個第一半導(dǎo)體層400、配置在第一半導(dǎo)體層400上的ー個發(fā)光層402、配置在發(fā)光層402上的ー個第二半導(dǎo)體層404、接觸第一半導(dǎo)體層400的ー個第一歐姆電極406、以及接觸第二半導(dǎo)體層404的ー個第ニ歐姆電極408。在本實施例中，第一半導(dǎo)體層400、發(fā)光層402與第二半導(dǎo)體層404可為III-V族半導(dǎo)體，如氮化鎵半導(dǎo)體。至于第一與第二歐姆電極406和408是含自鎳、鉛、鈷、鐵、鈦、銅、銠、金、釕、鎢、鋯、鑰、鉭、銀及它們的氧化物、氮化物中ー種或多種的合金或多層膜。另外，第一與第二歐姆電極406和408也可以是含自銠、銥、銀、鋁中ー種合金或多層膜。[0053]為驗證以上實施例的發(fā)光二極體基板的功效，現(xiàn)做模擬試驗以模擬圖4的發(fā)光二極體在使用不同的發(fā)光二極體基板所得到的出光效率(light-emitting efficiency)。模擬試驗首先，假設(shè)圖4的第一半導(dǎo)體層400是n-GaN、發(fā)光層402是多重量子井(MQW)結(jié)構(gòu)、第二半導(dǎo)體層404是p-GaN。至于發(fā)光二極體基板部份有三種，包括由圖5的傳統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基板與如第一實施例中由無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的基板(圖6)。上述圖5的表面結(jié)構(gòu)是經(jīng)過干蝕刻制程制得。模擬結(jié)果顯示為圖7。從圖7可知，對于光之取出率(Light ExtractionEfficiency, LEE)與發(fā)光效率而言，圖6的基板結(jié)構(gòu)都優(yōu)于傳統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成的基板。 綜上所述，本新型設(shè)計的發(fā)光二極體基板是由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的藍(lán)寶石基板作為出光表面，能借助無轉(zhuǎn)折六角錐體的六個面來増加光的散射。因此，使用這種發(fā)光二極體基板的發(fā)光二極體，其出光效率將獲得改善。本新型設(shè)計并不限于以上所述，本設(shè)計的權(quán)利保護(hù)范圍當(dāng)以本設(shè)計的權(quán)利要求書中所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.ー種發(fā)光二極體基板，包括ー藍(lán)寶石基板，其特征在于 該藍(lán)寶石基板包括由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的一表面，且這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期(pitch)小于IOii m，其中各無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面具有ー個第一底角和ー個第ニ底角，第二底角大于該第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之間。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期在0. liim 3iim之間。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的最大高度為Ium 2iim之間。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的高度較佳為1.5iim 2iim之間。
5.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其中各無轉(zhuǎn)折六角錐體的頂部為平面或尖端。
6.如權(quán)利要求I所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其藍(lán)寶石基板的無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的表面包括(0001)面，且其(0001)面占該表面投影面積的10% 60%之間。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極體基板，其特征在于，其中該表面包括(0001)面，且其(0001)面較佳是占該表面投影面積的10% 30%之間。
8.ー種發(fā)光二極體，包括 ー藍(lán)寶石基板，包括由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的一表面，且這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期小于IOii m，其中各無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面具有ー個第一底角和ー個第二底角，其第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之間； 該發(fā)光二極體有ー個第一半導(dǎo)體層，配置在該藍(lán)寶石基底上； 該發(fā)光二極體有ー個發(fā)光層，配置在該第一半導(dǎo)體層上； 該發(fā)光二極體有ー個第二半導(dǎo)體層，配置在發(fā)光層上； 該發(fā)光二極體有ー個第一歐姆電極，接觸第一半導(dǎo)體層； 該發(fā)光二極體有ー個第二歐姆電極，接觸第二半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期在0.I u m ~ 3 u m 之間。
10.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的最大高度為Iiim 2iim之間。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的高度為較佳I. 5 ii m 2 ii m之間。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中各無轉(zhuǎn)折六角錐體的頂部為平面或尖。
13.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中該表面包括(0001)面，且其(0001)面占該表面之投影面積的10% 60%。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其中該表面包括(0001)面，且其(0001)面較佳占該表面之投影面積的10% 30%。
15.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其第一半導(dǎo)體層、發(fā)光層與該第二半導(dǎo)體層包括III-V族半導(dǎo)體。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其III-V族半導(dǎo)體為氮化鎵系半導(dǎo)體。
17.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其第一歐姆電極與其第二歐姆電極是含自鎳、鉛、鈷、鐵、鈦、銅、銠、金、釕、鎢、鋯、鑰、鉭、銀和它們的氧化物、氮化物中ー種或多種的合金或多層膜。
18.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極體，其特征在于，其第一歐姆電極與其第二歐姆電極是含自銠、銥、銀、鋁中ー種或多種的合金或多層膜。
專利摘要本新型設(shè)計公開一種發(fā)光二極體基板，包括一藍(lán)寶石基板，其特征在于這樣的藍(lán)寶石基板包括由多個無轉(zhuǎn)折六角錐體所構(gòu)成的一表面，且這些無轉(zhuǎn)折六角錐體的周期(pitch)小于10μm。上述無轉(zhuǎn)折六角錐體的對稱剖面具有一個第一底角以及一個第二底角，第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之間。這種發(fā)光二極體基板具有高的出光效率。
文檔編號H01L33/32GK202395026SQ20112024814
公開日2012年8月22日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者彭俊彥, 徐文慶, 曾柏翔, 林博文 申請人:昆山中辰矽晶有限公司