CN103199166B - 发光二极管基板及其制造方法与发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管基板及其制造方法与发光二级管，其中的发光二极管基板的一面具有经一第一处理程序形成的多个突起结构，而每一突起结构的表面为经一第二处理程序形成的一缺陷表面，每个突起结构的缺陷表面在不小于0.5μm的范围内的表面高低差大于每一突起结构经第一处理程序的表面高低差，由于突起结构的表面是缺陷表面，所以能藉此防止影响磊晶质量的异质结构产生在未经表面处理的突起结构的表面，以便同时提高发光二极管的亮度与发光效率。
Description
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制造方法与使用该基板的发光二极管。
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。目前有一种利用湿式蚀刻搭配罩幕层(mask layer)的方式，制作出具有多个突起结构的基板作为发光二极管基板。这种发光二极管基板能有效地提升发光二极管的发光效率。然而，湿式蚀刻所形成的突起结构表面留有部分晶面，容易产生影响磊晶质量的异质结构。
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制造方法与使用该基板的发光二极管，本发明的发光二极管基板的制造方法能够制作出一种能够提高发光二极管亮度与发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，所述发光二极管基板的一面具有若干个突起结构，且每一所述突起结构的表面为缺陷表面；将同一平面的特定范围内的最低点与最高点之间的垂直距离定义为表面高低差，其中，每一所述突起结构的所述缺陷表面在不小于0.5μm的范围内的表面高低差不小于0.1nm。
较佳地，每一所述突起结构的所述缺陷表面在不小于0.5μm的范围内的表面高低差为0.1nm～50nm。
其中，所述发光二极管基板上具有若干个突起结构的一面底部具有c面、a面、r面和m面中的至少之一。
其中，所述突起结构包括角锥结构、脊状结构、角柱结构、圆锥结构、圆柱结构或多边形结构。
将所述突起结构之间的距离定义为周期(pitch)，较佳地，所述突起结构的周期在0.1μm～10μm之间。
将所述突起结构自其顶部至底部的垂直距离定义为突起结构的高度，较佳地，所述突起结构的高度在1μm～2μm之间。
一种发光二极管，具有上述发光二极管基板。
上述发光二极管基板的制造方法，具有下述步骤：
①、对一蓝宝石基板的一面进行一第一处理程序，以使蓝宝石基板的一面形成若干个突起结构；
②、对所述若干个突起结构进行一第二处理程序，以使所述突起结构具有一缺陷表面。
步骤①中所述第一处理程序包括湿蚀刻和干蚀刻中的一种。
步骤②中所述第二处理程序包括干蚀刻、机械加工和离子布植中的一种。第二处理程序的干蚀刻是感应耦合电浆(ICP)蚀刻、反应式离子蚀刻(RIE)和感应耦合电浆反应式离子蚀刻(ICP-RIE)中的一种。第二处理程序的干蚀刻的反应气体是BCl3、Cl2、Ar、O2和CF4中的至少一种。第二处理程序的机械加工包括抛光制程。
本发明的有益效果是：本发明通过第一处理程序在蓝宝石基板上形成若干突起结构，通过第二处理程序在突起结构表面形成缺陷表面，由于突起结构的表面是缺陷表面，所以能藉此防止影响磊晶质量的异质结构产生在未经表面处理的突起结构的表面，以便同时提高发光二极管的亮度与发光效率。
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剖面示意图；
图2是图1的I部分的放大示意图；
图3是实施例1的一种发光二极管基板经第一处理程序后的立体示意图；
图4是本发明实施例1的另一种发光二极管基板经第一处理程序后的立体示意图；
图5是本发明实施例2的再一种发光二极管基板经第一处理程序后的立体示意图；
图6是本发明实施例2的一种发光二极管的示意图；
图7是本发明实施例3的一种发光二极管基板的制程步骤图。
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：请参照图1，本实施例中的发光二极管基板100的其中一面100a具有多个经由第一处理程序形成的突起结构102，且每一突起结构102的表面为经由第二处理程序形成的一缺陷表面104。上述发光二极管基板100可以是蓝宝石基材，而第一处理程序与第二处理程序将在下文详细说明。
然后，请参照图2，在每个突起结构102的横截面下，发光二极管基板100的缺陷表面104在长度L不小于0.5μm的范围内具有表面高低差(surficial height difference)d1。在本文中所谓的「表面高低差」是指同一平面的特定范围内最低点与最高点的垂直距离。举例来说，本实施例经由第二处理程序形成的缺陷表面104的表面高低差d1的范围譬如在0.1nm～50nm之间；较佳是在1nm～10nm之间。而且，表面高低差d1会比每一突起结构102经第一处理程序后的表面高低差要大，以防止影响磊晶质量之异质结构产生在突起结构102的表面，进而提高发光二极管的亮度与发光效率。
在本实施例中，具有上述突起结构102的这一面100a底部可为c面、a面、r面或m面，且根据发光二极管基板100的轴向所形成的突起结构102会不同。例如，使用C轴向的蓝宝石基材，经湿蚀刻之类的第一处理程序所形成的突起结构为角锥结构300，如图3所示。前述角锥结构300可以是三角锥、六角锥等形状。上述角锥结构300的图案周期(pitch)p例如在0.1μm～10μm之间，会有较佳的发光效率。所谓的「图案周期」是角锥结构300之间的距离。
此外，如果发光二极管基板100是非C轴向的蓝宝石基材，如A轴向、R轴向或M轴向的蓝宝石基材均可应用于本发明中。假如使用R轴向的蓝宝石基材，经湿蚀刻之类的第一处理程序所形成的突起结构将会是脊状结构400，如图4所示。在本实施例中，上述脊状结构400的高度h譬如在1μm～2μm之间，较佳是在1.5μm～2μm之间。此处的「高度」是自脊状结构400的顶部到底部的垂直距离。
此外，在表面100a的突起结构除了图1～4所示的结构外，还可为角柱结构500(请参照图5)、或圆锥结构、圆柱结构或多边形结构。
以上图3～5均为经第一处理程序后呈现的结构，因此仅显示突起结构，而未绘示经后续第二处理程序所形成的缺陷表面104。
实施例2：请参照图6，本实施例的发光二极管包括实施例1的发光二极管基板100(详见图1)、配置在发光二极管基板100上的一第一半导体层600、配置在第一半导体层600上的一发光层602、配置在发光层602上的一第二半导体层604、接触第一半导体层600的一第一奥姆电极606、以及接触第二半导体层604的一第二奥姆电极608。由于发光二极管基板100上的突起结构102表面为缺陷表面(详见图2的104)，所以能防止影响磊晶质量之异质结构的产生。上述发光二极管基板100的突起结构102也可换成如图3～5中所示的任一种突起结构。
在本实施例中，第一半导体层600、发光层602与第二半导体层604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606与第二奥姆电极608例如各自选自包含镍、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606与第二奥姆电极608也可以各自选自包含铑、铱、银、铝所构成之群中所选出的一种合金或多层膜。
实施例3：请参照图7，先进行步骤700，对一蓝宝石基板的一面进行一第一处理程序，以形成多个突起结构。所述第一处理程序例如湿蚀刻或干蚀刻等。举例来说，如采用湿蚀刻实施第一处理程序，则可使用如硫酸和磷酸的混合溶液为蚀刻液。经过湿蚀刻形成的突起结构的表面因为有可能仍存在特定晶面，所以在后续以基板进行磊晶时可能产生影响磊晶质量的异质结构。因此需进行下一步骤。
接着，进行步骤710，对突起结构进行一第二处理程序，以使其成为一缺陷表面。这个步骤是要使缺陷表面之表面高低差大于上一步骤700形成的突起结构的表面高低差，以便大幅减小突起结构的表面的特定晶面，进而预防后续磊晶时产生影响磊晶质量的异质结构。所述第二处理程序例如干蚀刻、机械加工或离子布植。举例来说，第二处理程序如为干蚀刻，则可选择感应耦合电浆(ICP)蚀刻、反应式离子蚀刻(RIE)或感应耦合电浆反应式离子蚀刻(ICP-RIE)等；反应气体例如使用BCl3、Cl2、Ar、O2、CF4等反应气体。如以对基板底面的破坏少于对突起结构者而言，较佳是使用BCl3作为反应气体。另外，第二处理程序如为机械加工，则可包括硬抛、软抛、精抛等抛光制程。
综上所述，本发明因为将发光二极管基板的突起结构的表面设计成缺陷表面，所以能藉此防止影响磊晶质量的异质结构产生在未经表面处理的突起结构的表面，以便同时提高发光二极管的亮度与发光效率。
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，当可作些许之更动与润饰，故本发明的保护范围应如权利要求书所界定为准。
Claims (5)
1.一种发光二极管基板，所述发光二极管基板的一面具有若干个突起结构，其特征在于：每一所述突起结构的表面为缺陷表面；将同一平面的特定范围内的最低点与最高点之间的垂直距离定义为表面高低差，其中，每一所述突起结构的所述缺陷表面在不小于0.5μm的范围内的表面高低差为0.1nm～50nm，将所述突起结构之间的距离定义为周期，所述突起结构的周期在0.1μm～10μm之间，将所述突起结构自其顶部至底部的垂直距离定义为突起结构的高度，所述突起结构的高度在1μm～2μm之间。
2.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述发光二极管基板上具有若干个突起结构的一面底部具有c面、a面、r面和m面中的至少之一。
3.如权利要求1所述的发光二极管基板，其特征在于：所述突起结构是角锥结构、脊状结构、角柱结构、圆锥结构、圆柱结构和多边形结构中的至少一种。
4.一种发光二极管，其特征在于：具有如权利要求1～3项中任一项所述的发光二极管基板。
5.一种如权利要求1～3项中任一项所述的发光二极管基板的制造方法，其特征在于：具有下述步骤：
①、对一蓝宝石基板的一面进行一第一处理程序，以使蓝宝石基板的一面形成若干个突起结构；
②、对所述若干个突起结构进行一第二处理程序，以使所述突起结构具有一缺陷表面；
步骤①中所述第一处理程序包括湿蚀刻和干蚀刻中的一种；
步骤②中所述第二处理程序包括干蚀刻、机械加工和离子布植中的一种；
其中所述干蚀刻是感应耦合电浆蚀刻和反应式离子蚀刻中的一种；
其中所述干蚀刻的反应气体是BCl3、Cl2、Ar、O2和CF4中的至少一种；
其中所述机械加工包括抛光制程。
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