CN103199165A - 发光二极管基板及其加工方法与发光二级管 - Google Patents

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林博文
彭俊彦
徐文庆
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Abstract

本发明公开了一种发光二极管基板及其加工方法与发光二级管，利用至少一湿式蚀刻制程对一蓝宝石基板进行蚀刻，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个上三下六角锥体，其中每一个上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，将由多个上三下六角锥体所构成的蓝宝石基板做为出光表面，因此能够通过所述上三下六角锥体本身的九个面来增加光的散射，进一步增进发光二级管基板的出光效率；而且，所述上三下六角锥体中三角锥体的投影面积与上三下六角锥体的投影面积之比小于0.5能减少因磊晶缺陷导致的空孔或静电放电(ESD)等问题。

Description

发光二极管基板及其加工方法与发光二级管
技术领域
本发明属于半导体领域，具体涉及一种发光二极管基板及其加工方法与使用该基板的发光二级管。
背景技术
发光二极管是一种由化合物半导体制作而成的发光组件，其通过电子与电洞的结合，可将电能转换成光的形式释放出。发光二极管属于冷发光，因此具有耗电量低、无预暖灯时间、组件寿命长、反应速度快等优点，再加上其体积小、耐冲击、适合量产，容易配合应用上的需求而可制成极小型式或数组式组件。
为了使发光二极管在未来有更大的应用空间和前景，如何提高发光二极管的发光亮度是目前各界着重的研究之一。然而，实际上因为各种损耗机制，发光二极管的主动区所产生的光子无法百分之百传播到外界。
目前为提升发光二极管的发光效率，已有使用具图案化的发光二极管基板，譬如由许多圆锥或者平台结构所构成的发光二极管基板，来散射由发光二极管射出的光线，以降低全反射。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种发光二极管基板及其加工方法与使用该基板的发光二级管，本发明的发光二极管基板的加工方法能够制作出一种具有高出光效率的发光二极管基板。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种发光二极管基板，具有一蓝宝石基板，所述蓝宝石基板的一面上具有若干个上三下六角锥体，每一个所述上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，且每个所述上三下六角锥体中所述三角锥体的投影面积与所述上三下六角锥体的投影面积之比大于0且小于0.5。
较佳地，所有所述上三下六角锥体中的所述三角锥体的总投影面积与所述蓝宝石基板的投影面积之比小于0.2。
将所述上三下六角锥体之间的距离定义为周期(pitch)，较佳地，所述周期小于10μm。
将所述上三下六角锥体中自所述三角锥体顶部到所述六角锥体底部的垂直距离定义为所述上三下六角锥体的最大高度，较佳地，每一上三下六角锥体的最大高度为1μm～2μm。
所述三角锥体的顶部为平面或尖端。
其中，所述三角锥体的对称剖面具有一第一底角以及一第二底角，所述第二底角大于所述第一底角，且所述第二底角的角度在28度至32度之间。
其中，所述六角锥体的对称剖面具有一第三底角以及一第四底角，所述第四底角大于所述第三底角，且所述第四底角的角度在50度至70度之间。
其中，所述蓝宝石基板的一面上除了包括所述上三下六角锥体以外还包括(0001)面，且所述(0001)面占所述蓝宝石基板的投影面积的10％～60％。
一种发光二极管，具有上述发光二极管基板。
一种上述发光二极管基板的加工方法：利用至少一湿式蚀刻制程对一蓝宝石基板进行蚀刻，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个上三下六角锥体，其中每一个上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，且每个所述上三下六角锥体中所述三角锥体的投影面积与所述上三下六角锥体的投影面积之比大于0且小于0.5。
其中所述至少一湿式蚀刻制程是利用形成于所述蓝宝石基板表面的一图案化硬罩幕作为蚀刻罩幕。
其中所述至少一湿式蚀刻制程是指单一湿式蚀刻步骤和两道湿式蚀刻步骤两者之一。
其中所述单一湿式蚀刻步骤包括使用一混合蚀刻液进行蚀刻，来形成所述上三下六角锥体，且所述混合蚀刻液至少包括磷酸。
其中所述两道湿式蚀刻步骤包括：先进行一第一湿式蚀刻步骤，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个六角锥体；再进行一第二湿式蚀刻步骤，于每一所述六角锥体上形成三角锥体。
本发明的有益效果是：本发明利用至少一湿式蚀刻制程对一蓝宝石基板进行蚀刻，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个上三下六角锥体，其中每一个上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，将由多个上三下六角锥体所构成的蓝宝石基板做为出光表面，因此能够通过所述上三下六角锥体本身的九个面来增加光的散射，进一步增进发光二级管基板的出光效率；而且，所述上三下六角锥体中三角锥体的投影面积与上三下六角锥体的投影面积之比小于0.5能减少因磊晶缺陷导致的空孔或静电放电(ESD)等问题。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种发光二极管基板的立体示意图；
图2A是本发明实施例1中的两个上三下六角锥体的立体示意图；
图2B是图2A的B-B剖面示意图(两个上三下六角锥体的对称剖面示意图)；
图3是本发明实施例2的一种发光二极管基板的立体示意图；
图4是本发明实施例3的一种发光二极管的剖面示意图；
图5A是本发明实施例4的加工步骤之一的剖面示意图；
图5B是本发明实施例4的加工步骤之二的剖面示意图；
图5C是本发明实施例4的加工步骤之三的剖面示意图；
图5A至图5C构成本发明实施例4的一种发光二极管基板的加工流程剖面示意图；
图6A是本发明实施例5的加工步骤之一的剖面示意图；
图6B是本发明实施例5的加工步骤之二的剖面示意图；
图6C是本发明实施例5的加工步骤之三的剖面示意图；
图6A至图6C构成本发明实施例5的一种发光二极管基板的加工流程剖面示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明。
实施例1：在图1中显示一蓝宝石基板100。这个蓝宝石基板100具有多个上三下六角锥体102。每一上三下六角锥体102为一个六角锥体104与位于六角锥体104上的一三角锥体106所组成的结构，其中六角锥体104的每个表面都属同一方向族、三角锥体106的每个表面也都属同一方向族。而且，每个三角锥体106的投影面积与单一个上三下六角锥体102的投影面积之比需大于0且小于0.5。当单一三角锥体106的投影面积与单一上三下六角锥体102的投影面积之比大于0.5，可能会因为影响磊晶而产生空孔或导致静电放电(ESD)等问题。本实施例中，所有上三下六角锥体102的三角锥体106的总投影面积与整个蓝宝石基板100的投影面积之比例如小于0.2。
本实施例的蓝宝石基板100具有上三下六角锥体102以外的表面如为(0001)面，则(0001)面可占整个蓝宝石基板100的投影面积的10％～60％；较佳是10％～30％。当(0001)面占整个蓝宝石基板100的投影面积高于60％时，可能会导致光输出效率的增益不彰，但是当(0001)面占整个蓝宝石基板100的投影面积低于10％时，可能会导致磊晶遭遇困难。
为更详细说明本实施例的结构，请参见图2A与图2B，其中图2A是本实施例中的两个上三下六角锥体的立体示意图；图2B是图2A的上三下六角锥体的对称剖面(B-B线段之剖面)示意图。
在图2B中显示出上三下六角锥体102的周期(pitch)p。所谓的「周期」是指上三下六角锥体102之间的距离，在本实施例中，p例如是小于10μm，较佳是在1μm～4μm之间。而上三下六角锥体102的最大高度h例如是与上三下六角锥体102的周期成正比；即，p愈大h愈高、p愈小h愈低。所谓的「最大高度」是自三角锥体106的顶部到六角锥体104底部的距离，以本实施例而言，上三下六角锥体102的最大高度例如在1μm～2μm之间，较佳是在1.5μm～2μm之间。当上三下六角锥体102的最大高度大于2μm时，可能会有不易磊晶的情形发生。
在本实施例中，上三下六角锥体102的三角锥体106的对称剖面具有第一底角a1以及第二底角a2，第二底角a2大于第一底角a1，且第二底角a2的角度例如在28度至32度之间；六角锥体104的对称剖面具有第三底角a3以及第四底角a4，其中第四底角a4大于第三底角a3，且第四底角a4的角度例如在50度至70度之间；较佳是在55度至65度之间。
实施例2：实施例1的图式中的三角锥体106的顶部为尖端，但是本发明并不局限于此，三角锥体106的顶部也可以是具有平面的，如实施例2的图3。在图3中，本实施例的蓝宝石基板300和实施例1的相同都有多个上三下六角锥体302，每个上三下六角锥体302为一个六角锥体304与一个三角锥体306所组成的结构。本实施例与实施例1的差异在于如图3所示的三角锥体306顶部是平面308，且平面308上可能会有罩幕(未绘示)存在。至于其他结构上的参数均可参照实施例1，故不再赘述。
实施例3：图4是本实施例的一种发光二极管的剖面示意图。在图4中显示一个实施例1的蓝宝石基板100(详见图1)。而在蓝宝石基板100上一般配置有第一半导体层400、发光层402、第二半导体层404、接触第一半导体层400的第一奥姆电极406、以及接触第二半导体层404的第二奥姆电极408。然而，图4中的蓝宝石基板100也可改用蓝宝石基板300(详见图3)。
在本实施例中，上述第一半导体层400、发光层402与第二半导体层404可为III-V族系半导体，如氮化镓系半导体。至于第一奥姆电极406和第二奥姆电极408例如是含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钼、钽、银及此等之氧化物、氮化物所构成之群中所选出的至少一种合金或多层膜。另外，第一奥姆电极406和第二奥姆电极408也可以是含自铑、铱、银、铝所构成之群中所选出的一种合金或多层膜。
实施例4：图5A至图5C是实施例4的一种发光二极管基板的加工流程剖面示意图。
请先参照图5A，首先准备一个蓝宝石基板500，然后在蓝宝石基板500上形成一层图案化硬罩幕502，其是由多个饼图案罩幕502a构成，每一饼图案罩幕502a的直径例如小于1μm；较佳是大于0μm至0.7μm。此外，上述图案化硬罩幕502也可选用其他形状的图案罩幕，如方形、三角形等，不局限于本图所示的圆形。
然后，请参照图5B，使用一混合蚀刻液对蓝宝石基板500进行单一湿式蚀刻步骤，其中上述混合蚀刻液譬如是至少包含磷酸的蚀刻液。而且，可通过调控上述混合蚀刻液的酸配比，在蚀刻蓝宝石基板500的同时也使饼图案罩幕502a逐渐缩小，譬如将混合蚀刻液的磷酸比例(即，磷酸/混酸)调配在0.1～0.5的范围内。在这段蚀刻期间，蓝宝石基板500会先形成六角锥体504。
之后，请参照图5C，在图5B的饼图案罩幕502a逐渐被蚀刻掉的同时，至少含有磷酸的混合蚀刻液会继续对蓝宝石基板500进行蚀刻，而在原本的六角锥体504上形成三角锥体506。通过本实施例的制程不但能制作出如图1的发光二极管基板，如果最后如图5B仍有饼图案罩幕502a留在三角锥体506上，则可形成图3的发光二极管基板。
实施例5：图6A至图6C是实施例5的一种发光二极管基板的加工流程剖面示意图。
请先参照图6A，首先准备一个蓝宝石基板600，然后在其表面上形成一层图案化硬罩幕602，其是由多个饼图案罩幕602a构成，每一饼图案罩幕602a的直径例如小于1μm；较佳是大于0μm至0.7μm。此外，上述图案化硬罩幕602也可选用其他形状的图案罩幕，如方形、三角形等，不局限于本图所示的圆形。
然后，请参照图6B，进行第一湿式蚀刻步骤，譬如使用第一种蚀刻液604进行约数分钟的湿式蚀刻。在这段蚀刻期间，蓝宝石基板600会先出现六角锥体606。
之后，请参照图6C，进行第二湿式蚀刻步骤，譬如是使用第二种蚀刻液608进行约1分钟的湿式蚀刻，温度可控制在250℃～300℃之间。在第二湿式蚀刻步骤中的温度与时间是呈反比，譬如温度较高时湿式蚀刻的时间就较短；反之，温度较低时湿式蚀刻的时间就较长。蚀刻完成后会在六角锥体606上形成三角锥体610。
本实施例的制程如果在图6C之前先将饼图案罩幕602a去除，能形成如图1的发光二极管基板。此外，如将饼图案罩幕602a留着，则可形成图3的发光二极管基板。
以上仅为说明本发明的发光二极管基板的几种加工流程，并非用以局限本发明的范围。
综上所述，本发明的发光二极管基板是由上三下六角锥体所构成的蓝宝石基板做为出光表面，且三角锥体占上三下六角锥体的面积比例被控制在一定范围内，因此能大幅增加光散射的程度，进而增加使用此种基板的发光二极管的出光效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当以权利要求书所界定为准。

Claims (14)

1.一种发光二极管基板，具有一蓝宝石基板，其特征在于：所述蓝宝石基板的一面上具有若干个上三下六角锥体，每一个所述上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，且每个所述上三下六角锥体中所述三角锥体的投影面积与所述上三下六角锥体的投影面积之比大于0且小于0.5。
2.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所有所述上三下六角锥体中的所述三角锥体的总投影面积与所述蓝宝石基板的投影面积之比小于0.2。
3.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：将所述上三下六角锥体之间的距离定义为周期，所述周期小于10μm。
4.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：将所述上三下六角锥体中自所述三角锥体顶部到所述六角锥体底部的垂直距离定义为所述上三下六角锥体的最大高度，每一上三下六角锥体的最大高度为1μm～2μm。
5.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述三角锥体的顶部为平面和尖端两者之一。
6.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述三角锥体的对称剖面具有一第一底角以及一第二底角，所述第二底角大于所述第一底角，且所述第二底角的角度在28度至32度之间。
7.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述六角锥体的对称剖面具有一第三底角以及一第四底角，所述第四底角大于所述第三底角，且所述第四底角的角度在50度至70度之间。
8.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述蓝宝石基板的一面上除了包括所述上三下六角锥体以外还包括(0001)面，且所述(0001)面占所述蓝宝石基板的投影面积的10％～60％。
9.一种发光二极管，其特征在于：具有如权利要求1～8中任一项所述的发光二极管基板。
10.一种如权利要求1～8中任一项所述的发光二极管基板的加工方法，其特征在于：利用至少一湿式蚀刻制程对一蓝宝石基板进行蚀刻，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个上三下六角锥体，其中每一个上三下六角锥体为一个六角锥体与位于所述六角锥体上的一个三角锥体所组成的结构，且每个所述上三下六角锥体中所述三角锥体的投影面积与所述上三下六角锥体的投影面积之比大于0且小于0.5。
11.如权利要求10所述的发光二极管基板的加工方法，其特征在于：其中所述至少一湿式蚀刻制程是利用形成于所述蓝宝石基板表面的一图案化硬罩幕作为蚀刻罩幕。
12.如权利要求10所述的发光二极管基板的加工方法，其特征在于：其中所述至少一湿式蚀刻制程是指单一湿式蚀刻步骤和两道湿式蚀刻步骤两者之一。
13.如权利要求12所述的发光二极管基板的加工方法，其特征在于：其中所述单一湿式蚀刻步骤包括使用一混合蚀刻液进行蚀刻，来形成所述上三下六角锥体，且所述混合蚀刻液至少包括磷酸。
14.如权利要求12所述的发光二极管基板的加工方法，其特征在于：其中所述两道湿式蚀刻步骤包括：
先进行一第一湿式蚀刻步骤，以于所述蓝宝石基板表面形成若干个六角锥体；
再进行一第二湿式蚀刻步骤，于每一所述六角锥体上形成三角锥体。
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