CN100490196C - 高光取出率的固态发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高光取出率的固态发光元件，包括：一图案化蓝宝石单晶基材、一叠置于该图案化蓝宝石单晶基材并为六方晶系的缓冲层，及一叠置于该缓冲层的固态发光件。该图案化蓝宝石单晶基材具有多数个凹槽定义面以定义出多数个凹槽。每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。该缓冲层具有一连接该图案化蓝宝石单晶基材的第一层区及多数个分别填置于所述凹槽内的第二层区。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态发光元件(solid-state light emitting device)，特别是指一种高光取出率(extraction efficiency)的固态发光元件。
背景技术
在磊晶(epitaxy)过程中，往往因形成于发光层(active layer)内部的大量贯穿式差排(threading dislocation，以下简称TDs)而导致固态发光元件无法取得优异的内部量子效率(internal quantum efficiency)。因此，熟知固态发光元件领域者皆知，降低发光层内的差排量将可有效地提升固态发光元件的内部量子效率。
除此以外，为使得固态发光元件的内部量子效率可有效地回馈于外部量子效率(external quantum efficiency)上，固态发光元件相关领域者一般是使用图案化基材(patterned substrate)或是借由对固态发光元件的出光面予以粗化(roughen)，进而增加发光源的全反射(total reflection)效应并有效地将内部量子效率回馈于外部量子效率上。
参阅图1，发明人于中国台湾专利证书编号第I236773号发明专利中提及一种高效率发光元件，并于说明书中揭露出一图案化蓝宝石(sapphire；化学式为Al2O3)基板11，包括一蓝宝石板本体111及多数个凹设于该蓝宝石板本体111的凹槽112。所述凹槽112分别是经由对设置于该蓝宝石板本体111的一上表面且具有圆洞图案的遮罩(mask)施予干式蚀刻(dry etching)所形成。该图案化蓝宝石基板11进一步地，是被用来在其上面磊制一半导体磊晶膜12并于后续完成元件制程以制得该高效率发光元件。
利用此种图案化蓝宝石基板11以作为磊制固态发光元件用的基板，可借由所述凹槽112并配合施予横向磊晶技术(lateral epitaxial growth)，以降低位于所述凹槽112差阶处的半导体磊晶膜12与该蓝宝石板本体111的接触面积，进而减少TDs密度，并同时达到增加内部量子效率及外部量子效率的功效。前揭借由凹槽112及横向磊晶技术等相关晶体学(crystallography)原理，可参见发明人于前揭专利说明书的揭示内容。
虽然前揭专利的发明概念可同时增加内外部量子效率，但是碍于干式蚀刻法的反应机制，致使其蚀刻深度不但是受到深宽比(aspect ratio)的限制，此外，用于干式蚀刻法的反应式电浆(plasma)气体对于该蓝宝石板本体111所能产生的反应深度也有限，因此，此处的凹槽112对于最终所贡献出来的外部量子效率仍有提升的空间。
另，参阅附件一及图4，Jing Wang、L W.Gua及H.Q.Jia等人于J.Vac.Sci.Technol.B23(6)，Nov/Dec 2005，2476-2749揭露一种无倾斜侧翼的氮化镓膜(wing-tilt-freegalliumnitride)13。
以下配合参阅图2至图4说明前揭文献的技术概念。前揭文献是以硫酸(H2SO4)作为的蚀刻剂(etchant)，对一设置于一蓝宝石板本体141上的长条状遮罩(图未示)施予湿式蚀刻(wetetching)，以在该蓝宝石板本体141上形成多数个以距离为3.5μm相间隔设置，且宽度及深度分别为3.0μm及1.25μm的条状V型沟槽142，进而完成一图案化蓝宝石基板14；进一步地，利用横向磊晶法于该图案化蓝宝石基板14沉积一氮化镓膜以形成该无倾斜侧翼的氮化镓膜13。
前揭文献的蓝宝石板本体141是呈六方晶系(hexagonal system)的单晶结构，而由图2中以米勒指针(Miller indices)所示的蓝宝石晶体结构的晶面(crystal facets)及方向(direction)可知，设置于该蓝宝石板本体141上的长条状遮罩主要是
的方向设置，进而限制蚀刻剂只针对蓝宝石晶体
面
面沿着c轴向下蚀刻，因此，所述条状V型沟槽142主要是由蓝宝石晶体
面面所贡献而得。
前揭文献主要探讨的问题是在于，借由形成于该蓝宝石板本体141的条状V型沟槽142以提升该无倾斜侧翼的氮化镓膜13的结晶品质，进而使其后续所完成的固态发光元件的内部量子效率得以优化。
此外，前揭文献与前揭专利相比较下，虽然该文献所使用的湿式蚀刻法可增加对该蓝宝石板本体141的蚀刻深度，以提供构成外部量子效率更优异的全反射环境。然而，此文献中所提及的每一条状V型沟槽142在外部量子效率的贡献上，只提供出两个平面(也就是，蓝宝石晶体
面面)以优化光子(photon)在行进过程中的全反射环境，因此，对于固态发光元件在外部量子效率上的贡献度仍有限。再者，每一条状V型沟槽142的深度(1.25μm)已大于可见光的波长(以绿光为例，波长约为460nm～490nm)，因此，当光子行经此等条状V型沟槽142时，将形成不必要的散射(scattering)以致使光源产生衰减，也将影响固态发光元件的外部量子效率。
由上述可知，在提升固态发光元件的成膜品质以增加内部量子效率的考量下，同时也能有效地使内部量子效率回馈于外部量子效率上，是当前研究开固态发光元件相关领域者所待解决的问题。
发明内容
<发明概要>
有鉴于先前技术所提到的缺失，本发明利用湿式蚀刻法破坏晶体内部分子或原子间的键结，并针对呈六方晶系的蓝宝石晶体结构在原子间排列上的特性，以提供固态发光元件于运作过程中所产生的光子在行进过程中，具备有更优异的全反射环境。
一般在定义六方晶系的单位晶胞(unit cell)大致上有四种：两种为三方晶体单胞(rhombohedral unitcell)，另两种为六方晶体单胞(hexagonal unit cell)；其中，较常被应用于定义单位晶胞的六方晶体单胞，则可被分为形貌单胞(morphological unit cell)及结构单胞(structural unit cell)两种。结构单胞与形貌单胞在晶格常数(lattice constant)上的差异为：(1)结构单胞的晶格常数比(
as/cs＝2.730)为形貌单胞的两倍(am/cm＝1.365)；(2)于原子排列的对称性(symmetry)上，结构单胞是相对形貌单胞的c轴旋转180°。在本发明中，相关于蓝宝石六方晶系的晶面与晶向定义，皆采用结构单胞定义的。
本发明是利用蚀刻剂对一设置于一蓝宝石基材上并具有一圆洞数组图案的遮罩予以湿式蚀刻，进而在该蓝宝石基材上形成多数个凹槽定义面以分别定义出多数个凹槽。每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。
参阅图5，为蓝宝石的结构单胞的原子键结模型(ball-stick model)，其中，空心圆形代表氧离子(O2-ion)，实心圆形代表铝离子(Al3+ion)。基于化学腐蚀作用的原理可知，蚀刻剂会先破坏晶体内部分子或原子间键结能(bonding energy)较弱的键结。由图5的蓝宝石的结构单胞所示可知，位在(0001)面上相邻的氧离子作用力较弱也最容易被蚀刻剂所腐蚀。因此，当蚀刻剂沿着蓝宝石晶体的(0001)面施予湿式蚀刻时，将形成一
面族群中的三个对称晶面所构成的凹槽。
另，本发明在利用蚀刻剂对蓝宝石晶体施予湿式蚀刻后，得前述的三个对称晶面与(0001)面所构成的巨观钝角是介于156°～119°间，而由结构单胞的晶格常数换算可得，当理论巨观钝角等于155.55°时，则表示此蚀刻反应结果是由六方晶系的5cs/6位置贡献所致；当理论巨观钝角等于137.71°时，则表示此蚀刻反应结果是由六方晶系的4cs/6位置贡献所致；当理论巨观钝角等于126.25°时，则表示此蚀刻反应结果是由六方晶系的3cs/6位置贡献所致，当理论巨观钝角等于118.8°时，则表示此蚀刻反应结果是由六方晶系的2cs/6位置贡献所致。因此，前揭巨观钝角(也就是，介于156°～119°间)相对证
面族群中的k值可以为2、3、4及5。以图5为例，该凹槽的三对称晶面则是
面所构成(此处的三对称晶面为前揭所定义的三依序连接的倾斜侧面部)。
值得一提的是，本发明的蚀刻深度决定于形成在遮罩中的圆洞阵列图案的圆洞尺寸及蚀刻反应时间，当圆洞尺寸越大且所维持的蚀刻时间越久时，可被蚀刻的蚀刻深度则越深。参阅图6，可知当未经过长时间的蚀刻反应时，每一凹槽定义面更具有一与所述倾斜侧面部连接的基面部(也就是，图6所示的(0001))。
参阅图7，位面族群上菱形四边形上各离子间作用力较弱也最容易被蚀刻剂所腐蚀。因此，当蚀刻剂沿着蓝宝石晶体
面族群施予湿式蚀刻时，将使得每一凹槽的凹槽定义面具有四依序连接的倾斜侧面部。
由本发明的发明概要的揭示可知，本发明与先前技术相比较下，每一凹槽至少可贡献出三对称晶面以增加光子于行进时的全反射机率，因此，内部量子效率可更有效地回馈于外部量子效率上。
<发明目的>
本发明的目的在于提供一种高光取出率的固态发光元件。
本发明的另一目的，是经由雷射剥离(Laser lift-off)技术并配合晶圆键合技术(wafer bonding)以提供一种高光取出率的固态发光元件。
于是，本发明高光取出率的固态发光元件，包括：一图案化蓝宝石单晶基材、一叠置于该图案化蓝宝石单晶基材并为六方晶系的缓冲层，及一叠置于该缓冲层的固态发光件。
该图案化蓝宝石单晶基材具有多数个凹槽定义面以定义出多数个凹槽。每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。
该缓冲层具有一连接该图案化蓝宝石单晶基材的第一层区及多数个分别填置于所述凹槽内的第二层区。
另，经由雷射剥离技术并配合晶圆键合技术而提供本发明的高光取出率的固态发光元件，包括：一散热件、一叠置于该散热件的反射件、一形成于该反射件的固态发光件，及一为六方晶系的缓冲层。
该固态发光件具有一发光晶体。该发光晶体包括有一第一表面及一相反于该第一表面并连接于该反射件的第二表面。
该缓冲层与该发光晶体的第一表面连接并具有多数个凸块定义面以定义出多数个凸块。每一凸块定义面具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。
本发明的功效在于，在提升固态发光元件的成膜品质以增加内部量子效率的考量下，同时也能有效地使内部量子效率回馈于外部量子效率上。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
图1是一正视示意图，说明中国台湾专利证书编号第I236773号发明专利所揭露出的图案化蓝宝石基板。
图2是一立体示意图，说明限制蚀刻剂只针对呈六方晶系的蓝宝石晶体
面面沿着c轴向下蚀刻的状态。
图3是一俯视示意图，说明前述蚀刻状态所构成的多数个条状V型沟槽。
图4是一沿图3中的直线4-4所取得的局部剖视示意图，说明所述V型沟槽是由蓝宝石晶体中
面
面所贡献。
图5是一蓝宝石的结构单胞的原子键结模型图，说明当蚀刻剂沿着蓝宝石晶体的(0001)面施予湿式蚀刻时，将使得每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部，且该三依序连接的倾斜侧面部
面族群中的三个对称晶面。
图6是一蓝宝石的晶体结构图，说明当未经过长时间的蚀刻反应时，图5中的凹槽定义面更具有一基面部。
图7是一蓝宝石的结构单胞的原子键结模型图，说明当蚀刻剂沿着蓝宝石晶体的
面施予湿式蚀刻时，将使得每一凹槽的凹槽定义面具有四依序连接的倾斜侧面部。
图8是一正视示意图，说明本发明高光取出率的固态发光元件的一较佳实施例。
图9是一俯视示意图，说明一图案化蓝宝石单晶基材在经过长时间的蚀刻反应后所构成的晶面关系。
图10是一俯视示意图，说明该图案化蓝宝石单晶基材在未经过长时间的蚀刻反应时所构成的晶面关系。
图11是图8的局部放大示意图，说明当多数个凹槽的平均深度未大于一临界深度且经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与一缓冲层间的关系。
图12是图8的局部放大示意图，说明当所述凹槽的平均深度未大于一临界深度且未经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与该缓冲层间的关系。
图13是图8的局部放大示意图，说明当所述凹槽的平均深度大于一临界深度且经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与该缓冲层间的一种关系。
图14是图8的局部放大示意图，说明当所述凹槽的平均深度大于一临界深度且未经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与该缓冲层间的一种关系。
图15是图8的局部放大示意图，说明当所述凹槽的平均深度大于一临界深度且经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与该缓冲层间的另一种关系。
图16是图8的局部放大示意图，说明当所述凹槽的平均深度大于一临界深度且未经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材与该缓冲层间的另一种关系。
图17是一正视示意图，说明本发明高光取出率的固态发光元件的另一较佳实施例。
图18是一正视示意图，说明经由雷射剥离技术并配合晶圆键合技术以完成本发明高光取出率的固态发光元件的又一较佳实施例。
图19是一俯视示意图，说明图18中的一缓冲层的三倾斜侧面部间的关系。
图20是一俯视示意图，说明图18中的一缓冲层的三倾斜侧面部及一顶面部间的关系。
图21是一正视示意图，说明经由雷射剥离技术并配合晶圆键合技术以完成本发明呈垂直导通式的高光取出率的固态发光元件。
图22是一元件制作演变图，说明本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例一的细部制作流程。
图23是一正向光取出率对凹槽的平均深度曲线图，说明经干式蚀刻法与湿式蚀刻法所取得的光取出率差异性。
图24是一背向光取出率对凹槽的平均深度曲线图，说明经干式蚀刻法与湿式蚀刻法所取得的光取出率差异性。
图25是一元件制作演变图，说明本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例九的细部制作流程。
图26是一烛光分布图，说明经干式蚀刻法与湿式蚀刻法所取得的垂直导通式固态发光元件的光取出率差异性
附件一：说明Jing Wang等人于J.Vac.Sci.Technol.B 23(6)，Nov/Dec 2005，2476-2749揭露一种无倾斜侧翼的氮化镓膜。
附件二：说明当经过长时间的蚀刻反应时，面族群中的三对称晶面所形成的凹槽。
附件三：说明当未经过长时间的蚀刻反应时，该图案化蓝宝石单晶基材中可显露出多数个呈三角形的平台。
具体实施方式
<发明详细说明>
参阅图8及图9，本发明高光取出率的固态发光元件的一较佳实施例，包括：一图案化蓝宝石单晶基材2、一叠置于该图案化蓝宝石单晶基材2并为六方晶系的缓冲层3，及一叠置于该缓冲层3的固态发光件4。
该图案化蓝宝石单晶基材2具有多数个凹槽定义面21以定义出多数个凹槽21’。每一凹槽定义面21具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。
该缓冲层3具有一连接该图案化蓝宝石单晶基材2的第一层区31及多数个分别填置于所述凹槽21’内的第二层区32。
该固态发光件4具有一发光晶体41及两接触电极42。该发光晶体41具有一连接于该缓冲层3的第一表面411及一相反于该第一表面411的第二表面412。该第二表面412具有两呈水平设置并分别供所述接触电极42设置的设置区413及一垂直设置并连接所述设置区413的侧区414。
适合于本发明该图案化蓝宝石单晶基材2是使用(0001)面
面族群其中一者；适合于本发明每一凹槽21’的平均深度是介于0.3μm～5.0μm间。较佳地，该图案化蓝宝石单晶基材2是使用(0001)面，每一凹槽定义面21具有三依序连接的倾斜侧面部211，所述倾斜侧面部211的晶面分别面族群中的三对称晶面(可配合参阅附件二)，且k是2≤k≤5的正整数。
由前揭发明概要的说明可知，本发明的蚀刻深度决定于遮罩中的圆洞数组图案的圆洞尺寸及蚀刻反应时间，当圆洞尺寸越大且蚀刻时间越久时，可被腐蚀的蚀刻深度则越深，且当未经过长时间的蚀刻反应时，也将可在该图案化蓝宝石单晶基材2中显露出多数个呈三角形的平台(可配合参阅附件三)。因此，参阅图10，每一凹槽定义面21更具有一与所述倾斜侧面部211连接的基面部212，所述基面部212的晶面分别是(0001)面。
值得一提的是，当所述凹槽21’的平均深度小于一临界深度时，该缓冲层3将可填满所述凹槽21’，而该临界深度将因不同磊晶系统中的管路配置而有所差异；因此，参阅图11及图12，在配合不同管线配置的磊晶系统的条件下，当每一凹槽21’的平均深度是介于0.3μm～3.0μm间时，该缓冲层3的第一层区31具有一朝向所述第二层区32设置且晶面为(0001)面的平面311，每一第二层区32具有一朝向该第一层区31设置且晶面为(0001)面的表面321，且该第一层区31的平面311与每一第二层区32的表面321相互连接。
另，值得一提的是，当所述凹槽21’的平均深度大于该临界深度时，可借未填满所述凹槽21’的该缓冲层3与每一凹槽21’共同构成一可优化光取出率的空间结构。因此，参阅图13及图14，在配合不同管线配置的磊晶系统的条件下，当每一凹槽21’的平均深度是介于1.0μm～5.0μm间时，该缓冲层3的第一层区31具有一朝向所述第二层区32设置且晶面为(0001)面的平面311’，每一第二层区32具有一朝向该第一层区31设置的表面321’，并借该第一层区31的平面311’与每一第二层区32的表面321’共同界定出一狭缝33及多数个封闭孔34(如图15及图16所示)其中一者，进而优化本发明的固态发光元件的光取出率。
参阅图17，本发明高光取出率的固态发光元件的另一较佳实施例，更包括一散热件5。该散热件5具有一散热块51、至少二焊垫52及至少二分别连接该散热块51的导线53。每一焊垫52连接其所对应的导线53与该固态发光件4的接触电极42。
参阅图18及图19，经由雷射剥离技术并配合晶圆键合技术而提供本发明高光取出率的固态发光元件的又一较佳实施例，包括：一散热件6、一叠置于该散热件6的反射件7、一形成于该反射件7的固态发光件8，及一为六方晶系的缓冲层9。
该固态发光件8具有一发光晶体81，该发光晶体81包括有一第一表面811及一相反于该第一表面811并连接于该反射件7的第二表面812。
该缓冲层9与该发光晶体81的第一表面811连接，并具有多数个凸块定义面91以定义出多数个凸块91’。每一凸块定义面91具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者。较佳地，该缓冲层9的每一凸块定义面91具有三依序连接的倾斜侧面部911，所述倾斜侧面部911的晶面分别
面族群中的三对称晶面，且k是2≤k≤5的正整数。另参阅图20，该缓冲层9的每一凸块定义面91更具有一连接所述倾斜侧面部911的顶面部912，所述顶面部912的晶面分别为(0001)面。
更佳地，本发明高光取出率的固态发光元件的运作模式为水平导通(horizontalfeedthrough)式，该固态发光件8更具有两接触电极82，且该发光晶体81的第一表面811具有一呈水平设置并与该缓冲层9相连接的第一设置区813、一邻设于该第一设置区813的第二设置区814，及一垂直设置并连接所述设置区813、814的侧区815，所述接触电极82分别设置于该缓冲层9及该第二设置区814上。
另更佳地，参阅图21，本发明高光取出率的固态发光元件的运作模式为垂直导通(vertical feedthrough)式，该固态发光件8更具有两分别连接于该缓冲层9及该反射件7的接触电极82。
<具体例一>
再参阅图8、图10与图12，在本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例一中，该图案化蓝宝石单晶基材2是使用(0001)面；每一凹槽21’的平均深度为0.5μm，因此，该缓冲层3得以填满每一凹槽21’并使该第一层区31的平面311与第二层区32的表面321相互连接。
以下配合参阅图22，简单说明该具体例一的制作方法。首先，对一完成标准清洗流程(standard cleaning procedure)并移除表面污染层的蓝宝石单晶基材15施予黄光微影(photolithography)制程，以于该蓝宝石单晶基材15上形成一厚度约为1μm且由氧化硅(SiO2)膜所构成并具有一圆洞数组图案的遮罩16。在该具体例一中，该圆洞数组图案中的圆洞直径为3μm。
进一步地，利用一由浓度为98 vol％的100ml的硫酸(以下简称H2SO4)及浓度为85vol％的50ml的磷酸(以下简称H3PO4)所构成的蚀刻剂，以260℃的蚀刻温度对表面形成有该屏蔽16的蓝宝石单晶基材15施予湿式蚀刻进而制得该图案化蓝宝石单晶基材2。由于该遮罩16的圆洞直径为3μm，因此，在该具体例一中，该图案化蓝宝石单晶基材2的凹槽定义面21具有该三依序连接的倾斜侧面部211及该基面部212，且，该三倾斜侧面部211的晶面分别
面族群中的三对称晶面(也就是，该三依序连接的倾斜侧面部211是
面所构成)。
接续地，以横向磊晶法于该图案化蓝宝石单晶基材2上依序磊制该缓冲层3、一n-GaN层415、一以GaN为主的多重量子井(multi-quantum wall，简称MQW)416，及一p-GaN层417以形成一半导体磊晶膜418；最后，对该半导体磊晶膜418施予元件制程以定义出该发光晶体41的设置区413，并于所述设置区413形成所述电极42进而在该图案化蓝宝石单晶基材2上完成该固态发光件4。在该具体例一中的高出光率的固态发光元件，其取光方向为传统式的正向取光，该图案化蓝宝石单晶基材2的折射率(n值)及厚度分别为1.76及100μm，该n-GaN层415的n值及厚度分别为2.42及3μm；该多重量子井416的n值及厚度分别为2.54及0.3μm；该p-GaN层417的n值及厚度分别为2.45及0.4μm。
值得一提的是，由于H2SO4与H3PO4相比较下，H2SO4为强酸，因此，需先借由呈强酸的H2SO4以破坏蓝宝石(Al2O3)中的键结。在该具体例一的蚀刻反应中，H3PO4中的磷酸根(以下简称PO4 3-)及H2SO4中的硫酸根(以下简称SO4 2-)将与铝离子(Al3+)分别形成磷酸铝(AlPO4)及导致半导体制程中微尘污染的硫酸铝[以下简称Al2(SO4)3·17H2O]沉淀物。然而，SO4 2-与PO4 3-相比较下，PO4 3-具有较强的亲核力(nucleophilicity)，因此，于该具体例一中，是利用添加有H3PO4的蚀刻剂以抑制Al2(SO4)3·17H2O沉淀物的产生并降低半导体制程中的微尘污染。
<具体例二>
再参阅图8、图10与图14，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例二大致上是与该具体例一相同，其不同处在于，每一凹槽21’的平均深度为1.0μm，且该缓冲层3的第一层区31的平面311’与每一第二层区32的表面321’是共同配合界定出该等狭缝33。
<具体例三>
再参阅图8、图9及图13，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例三大致上是与该具体例二相同，其不同处在于，每一凹槽21’的平均深度为1.5μm，因此，该图案化蓝宝石单晶基材2的所述凹槽定义面21只具有该三倾斜侧面部212。
<具体例四>
本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例四大致上是与该具体例三相同，其不同处在于，每一凹槽21’的平均深度约为2.0μm。
在该具体例一～四中，该图案化蓝宝石单晶基材2在配合横向磊晶制程后，可降低该半导体磊晶膜418内的TDs量，因此，也提升了该具体例一～四的固态发光元件的内部量子效率。
此外，参阅图23，为经由光学仿真软件所取得的正向光取出率(rayextraction ratio)对凹槽的平均深度(depth)曲线图，其中，定义1为无图案化蓝宝石单晶基材所制得的固态发光元件的光取出率。另，基于干式蚀刻法受限于深宽比以及反应式电浆粒子的行进方向呈非等向性(anisotropic)等限制条件，致使经此法定义出来的倾斜侧面及基面(也就是，所构成的凹槽)所夹的钝角只为117°±1°。在图23中的各光学仿真条件大致相同，其不同处只在于前述钝角的设定条件，且其模拟规格如下列表1.所示。
表1.
| p-GaN | MQW | n-GaN | Sapphire | |
| 折射率(n值) | 2.45 | 2.54 | 2.42 | 1.76 |
| 厚度(μm) | 0.4 | 0.3 | 3 | 100 |
因此，在图23中，是经由软件定义出117°±1°为干式蚀刻法所取得的钝角，并定义出约135°～144°为本发明湿式蚀刻法所取得的钝角。现有的干式蚀刻法所形成的固态发光元件的光取出率虽然随着平均深度增加而升高，但是与本发明该具体例一～四相比较下，由于本发明贡献出较大的钝角(135°～144°)，因而使得光源在行进过程中具有较优异的全反射环境，也达到优于干式蚀刻法所得的光取出率，并可将内部量子效率有效地回馈于外部量子效率上。
<具体例五>
再参阅图10、图12及图17，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例五大致上是与该具体例一相同，其不同处在于，该具体例五更包括该散热件5。在该具体例五中的高出光率的固态发光元件，其取光方向为覆晶(flip chip)式的背向取光。
<具体例六>
再参阅图10、图14及图17，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例六大致上是与该具体例二相同，其不同处在于，该具体例六更包括该散热件5。在该具体例六中的高出光率的固态发光元件，其取光方向为覆晶式的背向取光。
<具体例七>
再参阅图9、图13及图17，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例七大致上是与该具体例三相同，其不同处在于，该具体例七更包括该散热件5。在该具体例七中的高出光率的固态发光元件，其取光方向为覆晶式的背向取光。
<具体例八>
再参阅图9、图13及图17，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例八大致上是与该具体例四相同，其不同处在于，该具体例八更包括该散热件5。在该具体例八中的高出光率的固态发光元件，其取光方向为覆晶式的背向取光。
本发明该具体例一～八的各图案化蓝宝石单晶基材2与其缓冲层3间的细部关系是整理于下列表2.中。
表2.
| 实施例 | 取光方向 | 平均深度 | 凹槽定义面 | 缓冲层与凹槽间的关系 |
| 具体例一 | 正向取光 | 0.5μm | 具基面部 | 填满 |
| 具体例二 | 正向取光 | 1.0μm | 具基面部 | 狭缝 |
| 具体例三 | 正向取光 | 1.5μm | 无基面部 | 狭缝 |
| 具体例四 | 正向取光 | 2.0μm | 无基面部 | 狭缝 |
| 具体例五 | 背向取光 | 0.5μm | 具基面部 | 填满 |
| 具体例六 | 背向取光 | 1.0μm | 具基面部 | 狭缝 |
| 具体例七 | 背向取光 | 1.5μm | 无基面部 | 狭缝 |
| 具体例八背向取光 | 2.0μm | 无基面部 | 狭缝 |
参阅图24，为经由光学模拟软件所取得的背向光取出率对凹槽的平均深度曲线图，其中，定义1为无图案化蓝宝石单晶基材所制得的固态发光元件的光取出率。在图24中的光学模拟条件也相同于表1.，其不同处只在于光取出方向为背向取光，以及干式蚀刻法与湿式蚀刻法所定义的夹角。由图24显示可得，使用本发明的图案化蓝宝石单晶基材2所取得的固态发光元件的光取出率明显优于干式蚀刻法。
<具体例九>
参阅图18及图20，在本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例九中，该缓冲层9的每一凸块定义面91具有该三依序连接的倾斜侧面部911及该顶面部912。此外，在该具体例九中，所述倾斜侧面部911的晶面分别
面族群中的三对称晶面(也就是，该三依序连接的倾斜侧面部911是
面所构成)。
本发明该具体例九的制作方法大致上与该具体例一相同，其不同处是配合参阅图25简单地说明于下。
首先，以银(Ag)/钛(Ti)的反射层结构于该半导体磊晶膜418上形成该反射件7进而构成一叠层结构17。在该具体例九中，是以一掺杂有掺质(dopants)的GaN作为该缓冲层9。
进一步地，将该叠层结构17反置，以硅(Si)及铝/钛/金(也就是，Al/Ti/Au)分别作为该散热件6及热压贴合膜，并利用晶圆键合技术于该反射件7下热压形成该散热件6。
后续地，利用雷射剥离法移除该图案化蓝宝石单晶基材2，并施予元件制程以定义出该发光晶体81的第二设置区814；最后，分别于该缓冲层9及该第二设置区814上形成所述接触电极82，进而完成水平导通式的固态发光元件。
<具体例十>
参阅图21，本发明高光取出率的固态发光元件的一具体例十大致上是与该具体例九相同，其不同处只在于省略该具体例九的元件制程，且所述接触电极82是分别连接该缓冲层9及该散热件6以构成垂直导通式的固态发光元件。在该具体例十中，该散热件9是具有掺质的硅。
参阅图26，由Trace-Pro模拟软件所取得的烛光分布图(candela map)显示，干式蚀刻后并以雷射剥离法所取得的垂直导通式固态发光元件的光取出率与本发明该具体例十相比较下，该具体例十的最大烛光(Max.candela)是每立体角为3.75毫瓦(也就是，3.75mW/sr)，明显大于干式蚀刻法所取得的最大烛光(1.8mW/sr)。
归纳上述，本发明高光取出率的固态发光元件，在提升固态发光元件的成膜品质以增加内部量子效率的考量下，同时也能有效地使内部量子效率回馈于外部量子效率上，所以确实能达到本发明的目的。
Claims (8)
1.一种高光取出率的固态发光元件，其特征在于其包括：
一具有多数个凹槽定义面以定义出多数个凹槽的图案化蓝宝石单晶基材，每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部及四依序连接的倾斜侧面部其中一者；
一叠置于该图案化蓝宝石单晶基材并为六方晶系的缓冲层，具有一连接该图案化蓝宝石单晶基材的第一层区及多数个分别填置于所述凹槽内的第二层区；及
一叠置于该缓冲层的固态发光件，
该缓冲层的第一层区具有一朝向所述第二层区设置且的平面，每一第二层区具有一朝向该第一层区设置的表面，该第一层区的平面与每一第二层区的表面共同界定出一狭缝及多数个封闭孔其中一者。
2.如权利要求1所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：该图案化蓝宝石单晶基材是使用(0001)面及
}面族群其中一者。
3.如权利要求2所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：每一凹槽的平均深度是介于0.3μm～5.0μm间。
4.如权利要求3所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：该图案化蓝宝石单晶基材是使用(0001)面，每一凹槽定义面具有三依序连接的倾斜侧面部，且所述倾斜侧面部的晶面分别是
}面族群中的三对称晶面，且k是2≤k≤5的正整数。
5.如权利要求4所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：每一凹槽定义面更具有一与所述倾斜侧面部连接的基面部，所述基面部的晶面分别是(0001)面。
6.如权利要求4或5所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：每一凹槽的平均深度是介于1.0μm～5.0μm间，且该缓冲层的第一层区的平面的晶面为(0001)面。
7.如权利要求1所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：该固态发光件具有一发光晶体及两接触电极，该发光晶体具有一连接于该缓冲层的第一表面及一相反于该第一表面的第二表面，该第二表面具有两呈水平设置并分别供所述接触电极设置的设置区及一垂直设置并连接所述设置区的侧区。
8.如权利要求7所述的高光取出率的固态发光元件，其特征在于：更包括一散热件，该散热件具有一散热块、至少二焊垫及至少二分别连接该散热块的导线，每一焊垫连接其所对应的导线与该固态发光件的接触电极。
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