CN104465917A - 图案化光电基板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种图案化光电基板，其包括一基板，该基板具有一第一图案化结构、一间隔区域及一第二图案化结构，其中，该第二图案化结构形成于该第一图案化结构及该间隔区域的其中一者或两者，且该第一图案结构为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，该第二图案化结构为一次微米级凹槽结构。本发明亦有关于一种依据上述图案化光电基板的制作方法及具有上述图案化光电基板的发光二极管。

Description

图案化光电基板及其制作方法
技术领域
本发明是关于一种图案化光电基板及其制作方法，尤其指一种兼具有微米级第一图案结构及次微米级第二图案化结构的基板，及具有该基板的发光二极管。
背景技术
人类照明历史发展至今已进入固态照明时代，发光亮度更亮、售价更低廉、寿命更长、稳定性更高…等特性需求为固态照明产业共同追求的目标。而照明市场首重发光二极管的亮度需求，一般而言，发光二极管的最大光输出(Lmax)主要由外部量子效率(ηext)及最大操作电流(Imax)所决定，即Lmax=ηext×Imax，其中，外部量子效率(ηext)又为内部量子效率(ηint)及光萃取效率(ηextr)所决定，即ηext=ηint×ηextr°目前一般蓝光发光二极管的内部量子效率已达70%以上，然而绿光发光二极管的内部量子效率却骤降至40%以下，因此，由提升内部量子效率与光萃取效率以改善发光二极管的外部量子效率或增加发光二极管的发光亮度仍存在很大空间。
由于氮化镓与蓝宝石基板间的晶格不匹配程度高达16%，当以蓝宝石基板作为基材，进行氮化镓薄膜外延时，氮化镓薄膜内部会存在着应力，并出现许多不同种类差排缺陷，使氮化镓薄膜差排密度达109至1010cm-2，严重影响外延薄膜质量，且缺陷通常扮演非辐射的复合中心，造成发光效率降低。因此，图案化蓝宝石基板制作技术的开发，其关键在于缺陷密度的降低，以实质提升氮化镓薄膜外延质量及增加发光亮度。由氮化镓薄膜在图案基板侧壁上成长以改变氮化镓薄膜差排缺陷成长方向，差排缺陷将弯曲90°，使互相交错形成堆栈错位等消除缺陷，并且在外延时透过三维应力释放减少缺陷形成，降低薄膜内部差排密度以提升晶体质量。目前研究亦指出使用图案蓝宝石基板成长的氮化镓薄膜发现可以降低差排缺陷密度到108至109cm-2，并进一步提升发光二极管的内部量子效率及发光亮度。
在最新的研究中，亦有使用次微米尺度图案基板来成长发光二极管结构，对于同一面积的图案基板，缩小图案尺寸增加图案数量将提升侧向成长的有效区域面积，侧向成长机制增强，造成更容易改变成长方向并形成堆栈错位以消除差排缺陷，及大幅减低薄膜内部差排密度，同时由于图案间距较短，易在氮化镓外延时形成空洞阻挡缺陷延伸，提升氮化镓薄膜外延质量。研究结果显示，使用微米尺度图案蓝宝石基板成长的氮化镓薄膜可以降低差排密度到108cm-2，如将图案基板改成次微米尺度时，由于单位体积应力释放程度增加，则可将差排密度降低至107cm-2或更低。
已知技术中，如中国台湾公告专利第I396297号，揭示一种发光二极管，包括：基板，具有微米级孔洞于其中；作为缓冲层的纳米级多孔性光子晶体结构，形成于基板之上；第一型外延层，形成于上述缓冲层多孔性光子晶体结构之上；发光层，形成于上述第一型外延层之上；第二型外延层，形成于上述发光层之上；第一接触电极，形成于上述该第一型外延层之上；以及，第二接触电极，形成于上述第二型外延层之上。
另一中国台湾公开专利第201251113号，揭示一种LED基板的制造方法、LED基板及白光LED构造，主要目的是为使LED发出演色性佳的高亮度白光，该基板的反射面上是形成复数顶部呈曲面的凸起颗粒，该些凸起颗粒的底部宽度为2微米至4微米，高度为1.2微米至1.8微米，相邻凸起颗粒的间距则为0.6微米至3微米，并使一氮化铟镓外延层于通电后发出波长为380至410纳米范围内的紫外光，紫外光经由该基板的反射面及该些凸起颗粒反射，并激发混合氧化锌及钇铝石榴石的荧光物质而产生紫外光的互补色光，而于相互混色后由一封装体散射出演色性佳的高亮度白光，而可用于照明等用途。
然而，上述发明二极管中，主要都是由单独在基板上形成一纳米级多孔性光子晶体结构或微米级凸起颗粒以提高发光二极管的发光效率，然而，前述微米级或纳米级结构设计对于降低差排密度程度或提升发光效率的程度都仍有其本质上的限制。
此外，如本申请人申请的中国台湾专利申请案第102111662号，揭示一种光电组件的基板，提供至少一光电组件形成于该基板的一上表面，其特征在于，该基板的该上表面具有复数个微米结构与复数个次微米结构以构成一粗糙表面，其中该些次微米结构的尺寸小于该些微米结构。由此，可改善基板的光学漫射率，并可增进成长于基板上的外延薄膜材料质量，进而提升光电组件的光萃取效率，达到提升整体光电组件的发光亮度。本发明另提供一种光电组件。其中，该前案为本申请人所提出由微米结构及次微米结构的组合以增进外延薄膜材料质量或提升整体光电组件的发光亮度。
因此，目前急需发展出一种图案化光电基板及具有该基板的发光二极管，其可以有效降低氮化镓薄膜的差排缺陷密度，并增加发光二极管的发光效率，进而提高发光二极管的应用性及价值实有其需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图案化光电基板的制作方法，其可由基板表面的图案化设计，以提升外延质量或减少氮化镓薄膜的差排缺陷密度，进而使发光二极管具有更优异的发光效率及性能。
本发明的另一目的在于提供一种图案化光电基板，其是由前述图案化光电基板的制作方法所制成的图案化光电基板，并可由基板表面的图案化设计，以提升外延质量或减少氮化镓薄膜的差排缺陷密度，进而使发光二极管具有更优异的发光效率及性能。
本发明的又一目的在于提供一种具有图案化光电基板的发光二极管，其是由前述图案化光电基板作为发光二极管的基板，并可由基板表面的图案化设计，以提升外延质量或减少氮化镓薄膜的差排缺陷密度，进而使发光二极管具有更优异的发光效率及性能。
为实现上述目的，本发明提供的图案化光电基板的制作方法，其步骤包括：
(A)提供一基板；
(B)由一第一蚀刻处理于该基板表面形成一第一图案化结构及一间隔区域；
(C)形成一第一金属层及一第二金属层于该基板上的该第一图案化结构及该间隔区域表面；
(D)由一阳极氧化铝处理(anodic aluminum oxide,AAO)于该第二金属层上形成一第二图案化结构，该第二图案化结构位于该第一图案化结构及该间隔区域上方的其中一者或两者；
(E)由一第二蚀刻处理使该第二图案化结构向下延伸至该第一金属层及该基板的部分表面；以及
(F)由一酸液处理以自该基板上移除该第一金属层及该第二金属层，以形成具有该第一图案化结构及该第二图案化结构的该基板。
在本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(B)及(E)中，该第一蚀刻处理或该第二蚀刻处理可为一等向性蚀刻(Isotropic etching)或一非等向性蚀刻(Anisotropic etching)，其中，该第一蚀刻处理或该第二蚀刻处理可为电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法(ICP-RIE)、化学液蚀刻法、干式蚀刻法、等离子体蚀刻法、或激光加工法。此外，在前述本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，该等向性蚀刻可利用化学蚀刻液(例如强酸)在高温环境下进行化学蚀刻反应，以在基板上制作出具有一定周期性的微米级突出或凹槽结构；此外，该非等向性蚀刻程序为先在基板上形成一图案化光阻层，再利用电感式耦合等离子体反应性离子蚀刻(ICP-RIE)技术进行蚀刻，以选择性地移除部分基板，同样可达到上述形成具有一定周期性的微米级突出或凹槽结构的目的。
在本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(B)中，还包括提供一第一光阻层设置于该基板的部分表面上，使该第一蚀刻处理可为选择性地移除部分的该基板；此外，在前述本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，该第一图案化结构可为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，且该间隔区域可为一平面结构。于本发明的一态样中，该第一图案化结构可为一微米级突出结构。于本发明的另一态样中，该第一图案化结构可为一微米级凹槽结构。
在本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(C)中，该第一金属层或该第二属层的形成可由涂布法、化学电镀法、溅镀法、蒸镀法、阴极电弧法、或化学气相沉积法，其中，蒸镀法包括电子束蒸镀法、热蒸镀法、高周波蒸镀法、或激光蒸镀法等，本发明并未局限于此。在前述本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，该第一金属层为至少一选择由钛、铬、钼、或其组合所组成的群组，且该第一金属层的厚度可为1纳米至1微米；此外，该第二金属层为铝，且该第二金属层的厚度可为10纳米至100微米。于本发明的一态样中，该第一金属层为钛。
在本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(D)中，还包括提供一第二光阻层设置于该第一图案化结构上方的该第二金属层表面，使该阳极氧化铝处理可为选择性地移除部分的该间隔区域上方的该第二金属层，因此，该第二图案化结构可形成于该间隔区域上方的第二金属层，但该第一图案化结构上方的第二金属层则不会具有该第二图案化结构。另外，在前述本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(D)中，还包括提供该第二光阻层设置于该间隔区域上方的该第二金属层表面，使该阳极氧化铝处理可为选择性地移除部分的该第一图案化结构上方的该第二金属层，因此，该第二图案化结构可形成于该第一图案化结构上方的该第二金属层，但该间隔区域结构上方的第二金属层则不会具有该第二图案化结构。
在本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(E)中，该第二图案化结构可为一次微米级凹槽结构。此外，在前述本发明的一种图案化光电基板的制作方法中，于步骤(F)之后，还包括提供一缓冲层及一光电组件形成于该基板上，使该基板可结合该缓冲层及该光电组件以形成一发光二极管或一太阳能电池。
本发明提供的图案化光电基板，其包括一基板，该基板可具有一第一图案化结构、一间隔区域及一第二图案化结构，其中，该第二图案化结构可形成于该第一图案化结构及该间隔区域的其中一者或两者，且该第一图案结构可为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，该间隔区域可为一平面结构，且该第二图案化结构可为一次微米级凹槽结构。
在本发明的一种图案化光电基板中，该第一图案化结构或该第二图案化结构可为圆锥状、圆弧状、圆柱状、角锥状(例如，三角锥、六角椎)、或角柱状。于本发明的一态样中，该第一图案化结构较佳为圆锥状。于本发明的另一态样中，该第二图案化结构较佳为角锥状。在前述本发明的一种图案化光电基板中，该第一图案化结构或该第二图案化结构可具有一倾斜角度，其中，该倾斜角度为第一图案化结构或该第二图案化结构的纵向面与水平面的夹角，或第一图案化结构或该第二图案化结构内相邻斜面的夹角，例如，纵向面与间隔区域表面的夹角，或纵向面与凹槽底部的夹角，或相邻两斜面的夹角。于本发明的一态样中，该第一图案化结构可具有0度至180度的倾斜角度，较佳为该第一图案化结构可具有10度至80度的倾斜角度，最佳为该第一图案化结构可具有20度至75度的倾斜角度。于本发明的另一态样中，该第二图案化结构可具有0度至180度的倾斜角度，较佳为该第二图案化结构可具有90度至180度的倾斜角度，最佳为该第二图案化结构可具有90度至150度的倾斜角度。
在本发明的一种图案化光电基板中，第一图案化结构的该微米级突出结构的高度可为1微米至5微米，较佳为该微米级突出结构的高度可为1.2微米至2微米；此外，第一图案化结构的该微米级凹槽结构的深度可为1微米至5微米，较佳为该微米级凹槽结构的深度可为1.2微米至2微米。在前述本发明的一种图案化光电基板中，该第一图案化结构的外径可为1微米至5微米；此外，相邻的该第一图案化结构的间距可为0.1微米至5微米，较佳为相邻的该第一图案化结构的间距可为约0.3微米至1微米，其中，相邻的该第一图案化结构的间距即为该间隔区域的长度或宽度，且该间隔区域为一平面表面，并由该间隔区域以提供外延成长所需要的平坦表面。
在本发明的一种图案化光电基板中，该第二图案化结构的深度可为10纳米至10微米，且该第二图案化结构的外径可为20纳米至950纳米，其中，该第二图案化结构的深度(例如，10微米)大于第一图案化结构的高度或深度(例如，5微米)，主要是因为一般发光二极管的外延层厚度约为5微米，因此，第一图案化结构的高度或深度应该小于该外延层厚度，使外延层具有一平坦发光表面，然而，第二图案化结构则可以依据使用需求而贯通部分的第一图案化结构，或者，使第二图案化结构贯通全部的第一图案化结构并延伸至基板，因此，该第二图案化结构的深度并不需要局限于外延层厚度的限制；此外，该第一图案化结构上含有第二图案化结构的数目为每平方厘米含有1×108至2.5×1011个，例如，假设第一图案化结构为四方柱形状并忽略第二图案化结构的间距的前提下，前述该第一图案化结构的长宽可为5微米，该第二图案化结构的外径可为20纳米，因此，在25平方微米的第一图案化结构上将可以含有约62,500个第二图案化结构，然而，由于该第一图案化结构为一非平面的突出或凹槽结构，故相较于平面结构的计算理论值，该非平面的该第一图案化结构可具有更大的面积范围及含有更多的第二图案化结构数目。
本发明提供的具有图案化光电基板的发光二极管，其包括：一基板，该基板为前述的图案化光电基板；一缓冲层，该缓冲层为设置于该基板上；以及一光电组件，该光电组件为设置于该缓冲层上，且该光电组件含有一第一半导体层、一发光层、及一第二半导体层，其中，该第一半导体层为接合至该缓冲层，该发光层为夹设于该第一半导体层及该第二半导体层之间，其中，该第一半导体层及该第二半导体层为具有相对电性，例如，该第一半导体层及该第二半导体层分为P型半导体层及N型半导体层，或该第一半导体层及该第二半导体层分为N型半导体层及P型半导体层。此外，在前述本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，还包括一第一电极及一第二电极，该第一电极及该第二电极为分别电性接合于该第一半导体层及该第二半导体层，且该第一电极及该第一半导体层或该第二电极及该第二半导体层具有相同的电性，例如，该第一电极及该第一半导体层均为正电性，该第二电极及该第二半导体层均为负电性，或者，该第一电极及该第一半导体层均为负电性，该第二电极及该第二半导体层均为正电性。此外，在前述本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该光电组件可以为直通式发光二极管、侧通式发光二极管、或芯片倒装式发光二极管，本发明并未局限于此。
此外，在前述本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该缓冲层可为一氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、或其类似物、或其组合，用以降低该基板(如，蓝宝石基板)及该光电组件(如，发光二极管的氮化镓外延层)间的晶格不匹配所造成的应力，进而达到降低光电组件内缺陷数量的目的；此外，除了利用氮化镓外延层作为该光电组件以形成一发光二极管之外，于本发明的另一态样中，还可以选用一太阳能基板作为该光电组件以形成一太阳能电池，此时，该缓冲层也可以为一非晶硅碳化物，同样也可用以降低该基板(如，蓝宝石基板)及该太阳能单晶层或太阳能多晶层间的晶格不匹配所造成的应力，进而达到降低光电组件内缺陷数量的目的，且本发明并未局限于此。
在本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该基板可具有一第一图案化结构、一间隔区域及一第二图案化结构，其中，该第二图案化结构可形成于该第一图案化结构及该间隔区域的其中一者或两者，且该第一图案结构可为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，该间隔区域可为一平面结构，且该第二图案化结构可为一次微米级凹槽结构。
由于氮化镓与蓝宝石基板间的晶格不匹配结构，使氮化镓薄膜内部出现许多不同种类的差排缺陷，造成使氮化镓薄膜差排密度达1010cm-2，严重影响外延晶体质量，因此，本发明可由氮化镓薄膜在图案基板侧壁上(例如，在第一图案化结构的微米级突出结构或微米级凹槽结构的侧面，或在该第二图案化结构的次微米级凹槽结构的侧面)成长以改变氮化镓薄膜差排缺陷成长方向，使互相交错形成堆栈错位等消除缺陷，或于第二图案化结构的次微米级凹槽结构中形成空洞，进而降低薄膜内部差排密度以提升晶体质量，其中，该微米级图案化光电基板可以将光电组件的差排密度降低至108cm-2，该微米级图案化光电基板可以将光电组件的差排密度降低至107cm-2或更低。
在本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该光电组件的差排密度可为107cm-2或更低。于本发明的一态样中，该光电组件的差排密度可为106cm-2至107cm-2。本发明的另一态样中，该光电组件的差排密度可为105cm-2至106cm-2。
本发明进一步提出使用配有积分球的光谱仪对于图案基板进行光学特性量测，并通过全反射率(镜射反射率与漫射反射率的合)与漫反射率两项光学参数量测，以作为设计图案化基板的图案尺寸(外径、高度或深度、间距)依据。一般而言，漫反射率较高的图案基板对于发光二极管的光萃取效率提升有实质的影响。在本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该基板的全反射率可依据第一图案化结构或第二图案化结构的结构设计而任意变化，例如，改变第一图案化结构的深度或高度、外径及间距，或者，改变第二图案化结构的深度或外径，其中，该基板的全反射率可为30％以上，较佳为该基板的全反射率可为40%以上，更佳为该基板的全反射率可为90％至100%，最佳为该基板的全反射率可达到趋近于100％；此外，在本发明的一种具有图案化光电基板的发光二极管中，该基板的漫反射率可依据第一图案化结构或第二图案化结构的结构设计而任意变化，例如，改变第一图案化结构的深度或高度、外径及间距，或者，改变第二图案化结构的深度或外径，其中，该基板的漫反射率可为35％以上，较佳为该基板的漫反射率可为50％以上，更佳为该基板的漫反射率可为90％至100%，最佳为该基板的漫反射率可达到趋近于100％。
相较于一般具有微米级图案化基板，本发明兼具微米级及次微米级图案化基板将可使具有微米级图案化基板的全反射率及漫反射率大幅提升，或者，相较于完全平面的无图案化基板，本发明兼具微米级及次微米级图案化基板还可使无图案化基板的全反射率及漫反射率大幅提升；因此，本发明兼具微米级及次微米级图案化基板将可有效提升基板的全反射率及漫反射率，并助于提升发光二极管的光萃取效率，进而增加发光二极管的发光亮度。
综上所述，根据本发明的图案化光电基板及其制法、及具有该图案化光电基板的发光二极管，其可由基板表面的图案化设计，以提升外延质量或减少氮化镓薄膜的差排缺陷密度，进而使发光二极管具有更优异的发光效率及性能。
附图说明
图1A至1H是本发明实施例1的图案化光电基板的制备流程示意图。
图2是本发明实施例2的图案化光电基板的示意图。
图3A至3C是本发明实施例3至实施例5的图案化光电基板的示意图。
图4A及4B是本发明实施例6及实施例7的图案化光电基板的示意图。
图5是本发明实施例8的具有该图案化光电基板的发光二极管的示意图。
图6A及图6B是本发明实施例1的图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图。
图7A及图7B是本发明实施例8的基板全反射率及漫反射率比较图。附图中主要组件符号说明：
基板10、20、301、302、303、401、402；第一图案化结构11、21、311、312、313、411、412；间隔区域12、22、321、322、323、421、412；第一金属层13；第二金属层14；第二图案化结构15、25、351、352、353、451、452；缓冲层50；第一半导体层51；发光层52；第二半导体层53；第一电极54；第二电极55；角度A、B。
具体实施方式
以下是由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可由其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
实施例1
请参考图1A至1H，是本发明实施例1的图案化光电基板的制备流程示意图。首先，请参考图1A及图1B，提供一基板10，该基板10为一平面表面的蓝宝石基板或硅基板，并由第一蚀刻处理于基板10表面形成一第一图案化结构11及一间隔区域12；其中，在第一蚀刻处理过程中，包括提供一第一光阻层(图未显示)设置于基板10部分表面上，使第一蚀刻处理为选择性地移除部分的基板10，以形成具有圆锥状的微米级突出结构的第一图案化结构11及平面结构的间隔区域12，且该第一图案化结构11(即，微米级突出结构)的高度为1.2微米至2微米，外径为1微米至5微米，相邻的该第一图案化结构11的间距(即为该间隔区域12的长度或宽度)为0.3微米至1微米。
接着，请参考图1C，于基板10上的第一图案化结构11及间隔区域12表面依序形成一第一金属层13及一第二金属层14，其中，第一金属层13或第二属层14为由电子束蒸镀法以形成于基板10上的第一图案化结构11及间隔区域12表面，该第一金属层13为厚度为1纳米至1微米的钛金属层，该第二金属层14为厚度为10纳米至100微米的铝金属层。
接着，请参考图1D，由一阳极氧化铝处理以于第二金属层14上形成一第二图案化结构15，该第二图案化结构15位于第一图案化结构11及间隔区域12两者的上方，请一并参考图6A所示的图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图；并由一第二蚀刻处理使第二图案化结构15由第二金属层14向下延伸至第一金属层13及基板10的部分表面，如图1E所示；最后，请参考图1F，由一酸液处理以自基板10上移除第一金属层13及第二金属层14，以形成具有第一图案化结构11及第二图案化结构15的图案化光电基板10，其中，第二图案化结构15为角锥状的次微米级凹槽结构深度为10纳米至10微米，外径为20纳米至950纳米，使第一图案化结构11上含有第二图案化结构15的数目为每平方公分（平方厘米）1×108至2.5×1011个。
在前述第一图案化结构11及第二图案化结构15的形成过程中，该第一蚀刻处理或第二蚀刻处理可为一等向性蚀刻或一非等向性蚀刻，例如，电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法(ICP-RIE)、化学液蚀刻法、干式蚀刻法、等离子体蚀刻法、或激光加工法。在此实施例1中，为利用非等向性蚀刻的电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法作为第一蚀刻处理以形成第一图案化结构11，并由阳极氧化铝处理以于第二金属层14上形成第二图案化结构15之后，再利用非等向性蚀刻的电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法作为第二蚀刻处理以使第二图案化结构15向下延伸至第一金属层13及基板10的部分表面；此外，前述第一蚀刻处理中，除了可利用非等向性蚀刻的电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法以形成圆锥状的第一图案化结构11之外，也可以利用等向性蚀刻的化学液蚀刻法以形成六角锥状的第一图案化结构11。
此外，如图1G所示，第一图案化结构11的纵向面与间隔区域12间具有一夹角A(请一并参考图1B所标示的位置G)，即第一图案化结构11具有20度至75度的倾斜角度；如图1H所示，第二图案化结构15的纵向面与其底部间具有一夹角B(请一并参考图1F所标示的位置H)，即第二图案化结构15具有90度至150度的倾斜角度。
实施例2
请参考图2，为本发明实施例2的图案化光电基板的示意图。实施例2与前述实施例1所述的图案化光电基板及其制作流程大致相同，除了在第一图案化结构的凹凸型态不同。不同于实施例1为具有圆锥状的微米级突出结构的第一图案化结构(请一并参考图1B)，在实施例2中，是提供一第一光阻层(图未显示)设置于基板20部分表面上，使第一蚀刻处理为选择性地移除部分的基板20，以形成具有圆锥状的微米级凹槽结构的第一图案化结构21及平面结构的间隔区域22；接着，并依据实施例1的制作流程，使第一图案化结构21上含有复数个第二图案化结构25，以形成具有第一图案化结构21及第二图案化结构25的图案化光电基板20。
实施例3至实施例5
请参考图3A至3C，是本发明实施例3至实施例5的图案化光电基板的示意图。实施例3至实施例5与前述实施例1所述的图案化光电基板及其制作流程大致相同，除了在第一图案化结构的形状不同。
不同于实施例1为具有圆锥状的微米级突出结构的第一图案化结构(请一并参考图1B)，请参考图3A，在实施例3中，是提供一第一光阻层(图未显示)设置于基板301部分表面上，使第一蚀刻处理为选择性地移除部分的基板301，以形成具有三角锥状的微米级突出结构的第一图案化结构311及平面结构的间隔区域321；接着，并依据实施例1的制作流程，使第一图案化结构311上含有复数个第二图案化结构351，以形成具有第一图案化结构311及第二图案化结构351的图案化光电基板301。
请参考图3B，在实施例4中，是提供一第一光阻层(图未显示)设置于基板302部分表面上，使第一蚀刻处理为选择性地移除部分的基板302，以形成具有四角柱状的微米级突出结构的第一图案化结构312及平面结构的间隔区域322；接着，并依据实施例1的制作流程，使第一图案化结构312上含有复数个第二图案化结构352，以形成具有第一图案化结构312及第二图案化结构355的图案化光电基板302。
请参考图3C，在实施例5中，是提供一第一光阻层(图未显示)设置于基板303部分表面上，使第一蚀刻处理为选择性地移除部分的基板303，以形成具有五角柱状(即，三角锥状及四角柱状的结合)的微米级突出结构的第一图案化结构313及平面结构的间隔区域323；接着，并依据实施例1的制作流程，使第一图案化结构313上含有复数个第二图案化结构353，以形成具有第一图案化结构313及第二图案化结构353的图案化光电基板303。
实施例6及实施例7
请参考图4A及4B，是本发明实施例6及实施例7的图案化光电基板的示意图。实施例6及实施例7与前述实施例1所述的图案化光电基板及其制作流程大致相同，除了在第二图案化结构的分布位置不同。
不同于实施例1的第二图案化结构同时位于第一图案化结构及间隔区域两者的上方，请参考图4A，在实施例6中，是提供一第二光阻层(图未显示)设置于第一图案化结构411上方的第二金属层表面(图未显示)，使阳极氧化铝处理为选择性地移除部分的间隔区域421上方的第二金属层；接着，并依据实施例1的制作流程，形成具有第一图案化结构411及第二图案化结构451的图案化光电基板401，其中，第一图案化结构411上方不具有第二图案化结构451，只有在间隔区域421上方具有第二图案化结构451。
请参考图4B，在实施例7中，是提供一第二光阻层(图未显示)设置于间隔区域422上方的第二金属层表面(图未显示)，使阳极氧化铝处理为选择性地移除部分的第一图案化结构412上方的第二金属层；接着，并依据实施例1的制作流程，形成具有第一图案化结构412及第二图案化结构422的图案化光电基板402，其中，间隔区域422上方不具有第二图案化结构451，只有在第一图案化结构412上方具有第二图案化结构451。
实施例8
请参考图5，是本发明实施例8的具有该图案化光电基板的发光二极管的示意图，其提供一缓冲层及一光电组件形成于前述实施例1的图案化光电基板上以形成一发光二极管。
请参考图5，在实施例8中，其包括：一基板10，该基板10为前述实施例1的图案化光电基板；一缓冲层50，设置于该基板10上，其可为一氮化镓层，用以改善基板10及该光电组件间的晶格不匹配产生的应力与缺陷；以及一光电组件，该光电组件设置于该缓冲层50上，且该光电组件含有第一半导体层51、发光层52、及第二半导体层53，其中，第一半导体层51接合至缓冲层50，发光层52为夹设于第一半导体层51及第二半导体层53之间。
上述的基板10具有第一图案化结构11、间隔区域12及第二图案化结构15，该第二图案化结构15同时形成于第一图案化结构11及间隔区域12的两者，且第一图案结构11为微米级突出结构，该第二图案化结构15为次微米级凹槽结构；此外，其包括第一电极54及第二电极55，且第一电极54及第二电极55为分别电性接合于第一半导体51及第二半导体层53。
测试例1
请参考图6A及图6B，是本发明实施例1的图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图，其中，图6A及图6B为采用不同配方的阳极氧化铝处理液以于第二金属层上形成一第二图案化结构。请一并参考图1C及图1F，于实施例1中，由一阳极氧化铝处理以于第二金属层14上形成一第二图案化结构15，并由第二蚀刻处理使第二图案化结构15由第二金属层14向下延伸至第一金属层13及基板10的部分表面，最后，再由一酸液处理以自基板10上移除第一金属层13及第二金属层14，以形成具有第一图案化结构11及第二图案化结构15的图案化光电基板10，其中，前述酸液处理为选用含有氢氟酸、硝酸及醋酸以一特定比例(例如，氢氟酸:硝酸:醋酸＝2:3:10)调配而成，并酸洗约2分钟。
图6A为本发明实施例1的图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图，其为采用浓度0.3M的草酸溶液作为阳极氧化铝处理的电解液，以于第二金属层上形成一第二图案化结构，再依序经由电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法及酸液处理以在基板上形成外径为20纳米至120纳米、深度为150纳米的第二图案化结构。图6B为本发明实施例1的另一图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图，其为采用磷酸溶液作为阳极氧化铝处理的电解液，以于第二金属层上形成一第二图案化结构，再依序经由电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法及酸液处理以在基板上形成外径为80纳米至250纳米、深度为150纳米的第二图案化结构。由图6A及图6B的图案化光电基板的扫描式电子显微镜影像图的结果显示，选用草酸溶液作为阳极氧化铝处理的电解液时，可提供具有较小外径的第二图案化结构，另一方面，选用磷酸溶液作为酸液处理时，则可提供具有较大外径的第二图案化结构。
测试例2
请参考图7A及图7B，是本发明实施例1的基板全反射率及漫反射率比较图，其是使用光谱仪量测兼具微米级及次微米级图案化的蓝宝石基板，在波长范围400纳米至700纳米之间的全反射率(total reflection rate)与漫反射率(diffuse reflection rate)光学特性，并与具有无图案化基板或只具有微米级图案化基板进行比较。在图7A及图7B中，曲线A至曲线C分别表示具有不同基板结构的全反射率及漫反射率，其中，曲线A为表示无图案化基板(例如，图1A所示的平面基板)，曲线B为表示为具有微米级图案化基板(例如，图1B所示具有第一图案化结构的基板)，曲线C为表示兼具微米级及次微米级图案化基板(例如，图1F所示兼具第一图案化结构及第二图案化结构的基板)的发光二极管。
请参考图7A，在全反射率部份，曲线A的平均全反射率为28.27%，曲线B的平均全反射率为29.72%，曲线C的平均全反射率为34.91%。实验结果显示，具有微米级图案化基板(曲线B)将可以使无图案化基板(曲线A)的平均全反射率由28.27%提升至29.72%，即为使无图案化基板(曲线A)的平均全反射率再增加5%；此外，兼具微米级及次微米级图案化基板(曲线C)将可以使具有微米级图案化基板(曲线B)的平均全反射率由29.72%提升至34.91%，即为使具有微米级图案化基板(曲线B)的平均全反射率再增加17%。此外，本发明也可以视使用需求而任意选用具有不同全反射率的微米级图案化基板，例如，选用一具有微米级图案化基板的全反射率为80%，若再加上第二图案化结构以形成兼具微米级及次微米级图案化基板，则可以使其全反射率由80%提升为93.6%。
请参考图7B，在漫反射率部份，曲线A的平均漫反射率为23.09%，曲线B的平均漫反射率为33.32%，曲线C的平均漫反射率为39.80%。实验结果显示，具有微米级图案化基板(曲线B)将可以使无图案化基板(曲线A)的平均漫反射率由23.09%提升至33.32%，即为使无图案化基板(曲线A)的平均漫反射率再增加44%；此外，兼具微米级及次微米级图案化基板(曲线C)将可以使具有微米级图案化基板(曲线B)的平均漫反射率由33.32%提升至39.80%，即为使具有微米级图案化基板(曲线B)的平均漫反射率再增加19%。此外，本发明也可以视使用需求而任意选用具有不同漫反射率的微米级图案化基板，例如，选用一具有微米级图案化基板的漫反射率为80%，若再加上第二图案化结构以形成兼具微米级及次微米级图案化基板，可以使其漫反射率由80%提升为95.2%。
而根据实验结果显示，分别成长于测试例1中采用不同配方的阳极氧化铝处理液所形成兼具微米级及次微米级图案化基板(即，图6A与图6B)的发光二极管，其发光亮度相较于仅具有微米级图案化基板将可以再提升约8%及12%。因此，本发明兼具微米级及次微米级图案化基板可以有效提升基板的全反射率与漫反射率，并有助于提升发光二极管的光萃取效率，进而增加发光二极管的发光亮度。上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (29)

1.一种图案化光电基板的制作方法，其步骤包括：
（A）提供一基板；
（B）由一第一蚀刻处理于该基板表面形成一第一图案化结构及一间隔区域；
（C）形成一第一金属层及一第二金属层于该基板上的该第一图案化结构及该间隔区域表面；
（D）由一阳极氧化铝处理于该第二金属层上形成一第二图案化结构，该第二图案化结构位于该第一图案化结构及该间隔区域上方的其中一者或两者；
（E）由一第二蚀刻处理使该第二图案化结构向下延伸至该第一金属层及该基板的部分表面；以及
（F）由一酸液处理以自该基板上移除该第一金属层及该第二金属层，以形成具有该第一图案化结构及该第二图案化结构的该基板。
2.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(B)及(E)中，该第一蚀刻处理或该第二蚀刻处理为一等向性蚀刻或一非等向性蚀刻。
3.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(B)及(E)中，该第一蚀刻处理或该第二蚀刻处理为电感式偶合等离子体反应性离子蚀刻法、化学液蚀刻法、干式蚀刻法、等离子体蚀刻法或激光加工法。
4.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(B)中，包括提供一第一光阻层设置于该基板的部分表面上，使该第一蚀刻处理系为选择性地移除部分的该基板。
5.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(B)中，该第一图案化结构为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构。
6.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(C)中，该第一金属层或该第二属层的形成是由涂布法、化学电镀法、溅镀法、蒸镀法、阴极电弧法或化学气相沉积法。
7.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(C)中，该第一金属层是至少一选择由钛、铬、钼、或其组合所组成的群组，且该第一金属层的厚度为1纳米至1微米。
8.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(C)中，该第二金属层为铝，且该第二金属层的厚度为10纳米至100微米。
9.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(D)中，包括提供一第二光阻层设置于该第一图案化结构上方的该第二金属层表面，使该阳极氧化铝处理系为选择性地移除部分的该间隔区域上方的该第二金属层。
10.如权利要求1或9所述的图案化光电基板的制作方法，其中，该第二图案化结构是形成于该间隔区域上方的该第二金属层。
11.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(D)中，包括提供该第二光阻层设置于该间隔区域上方的该第二金属层表面，使该阳极氧化铝处理为选择性地移除部分的该第一图案化结构上方的该第二金属层。
12.如权利要求1或11所述的图案化光电基板的制作方法，其中，该第二图案化结构是形成于该第一图案化结构上方的该第二金属层。
13.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(E)中，该第二图案化结构为一次微米级凹槽结构。
14.如权利要求1所述的图案化光电基板的制作方法，其中，于步骤(F)之后，包括提供一缓冲层及一光电组件形成于该基板上。
15.一种图案化光电基板，其包括一基板，该基板具有一第一图案化结构、一间隔区域及一第二图案化结构，其中，该第二图案化结构是形成于该第一图案化结构及该间隔区域的其中一者或两者，且该第一图案结构为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，该第二图案化结构为一次微米级凹槽结构。
16.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第一图案化结构或该第二图案化结构为圆锥状、圆弧状、圆柱状、角锥状或角柱状。
17.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第一图案化结构具有20度至75度的倾斜角度，该第二图案化结构具有90度至150度的倾斜角度。
18.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该微米级突出结构的高度或该微米级凹槽结构的深度为1微米至5微米。
19.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第一图案化结构的外径为1微米至5微米。
20.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，相邻的该第一图案化结构的间距为0.1微米至5微米。
21.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第二图案化结构的深度为10纳米至10微米。
22.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第二图案化结构的外径为20纳米至950纳米。
23.如权利要求15所述的图案化光电基板，其中，该第一图案化结构上含有第二图案化结构的数目为每平方厘米1×108至2.5×1011个。
24.一种具有图案化光电基板的发光二极管，包括：
一基板，该基板为依据权利要求15至23中任一项所述的图案化光电基板；
一缓冲层，该缓冲层系设置于该基板上；以及
一光电组件，该光电组件是设置于该缓冲层上，且该光电组件含有一第一半导体层、一发光层及一第二半导体层，其中，该第一半导体层是接合至该缓冲层，该发光层夹设于该第一半导体层及该第二半导体层之间。
25.如权利要求24所述的发光二极管，其中，该基板具有一第一图案化结构、一间隔区域及一第二图案化结构，该第二图案化结构形成于该第一图案化结构及该间隔区域的其中一者或两者，且该第一图案结构为一微米级突出结构或一微米级凹槽结构，该第二图案化结构为一次微米级凹槽结构。
26.如权利要求24所述的发光二极管，其中，该光电组件的差排密度为107cm-2或更低。
27.如权利要求24所述的发光二极管，其中，该基板的全反射率为30％以上。
28.如权利要求24所述的发光二极管，其中，该基板的漫反射率为35％以上。
29.如权利要求24所述的发光二极管，其中，包括一第一电极及一第二电极，该第一电极及该第二电极是分别电性接合于该第一半导体层及该第二半导体层。
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