CN107305918B - 用于紫外光发光二极管的基板及该基板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于紫外光发光二极管的基板，由以下列步骤制造：在一基材的表面制作一微纳米结构；于该微纳米结构上设置一磊晶层，该磊晶层包含一氮化铝层；将设置有该磊晶层的基材置于一气氛中进行退火，其中该气氛至少有一含有碳元素的气体，且退火的温度为1500℃以上；具有该微纳米结构的基材及该磊晶层形成用于紫外光发光二极管的基板。从而，使磊晶层的穿透差排的密度降低，在后续制成紫外光发光二极管后，减少紫外光与差排缺陷复合的机会，增进发光效率。
Description
技术领域
本发明与紫外光发光二极管有关；特别是指一种用于紫外光发光二极管的基板及该基板的制造方法。
背景技术
紫外光发光二极管可应用于医疗、生医美容、杀菌及生物鉴定等领域。目前，紫外光发光二极管的基板主要有两种，第一种基板是在一基材上成长氮化铝磊晶层，以形成基板，但是，氮化铝磊晶层与基材之间由于晶格常数不匹配，使得磊晶层的缺陷密度高，特别是穿透差排的密度，缺陷将会吸收紫外光，如此一来，将会影响紫外光二极管的发光效率，使得发光效率不佳。第二种基板是氮化铝基板，氮化铝基板的缺陷密度低，因此，以氮化铝基板制作的紫外光发光二极管发光效率高且寿命长，虽以氮化铝基板制作的紫外光发光二极管具有前述优点，但是，目前制造氮化铝基板的技术难度高，使得氮化铝基板的产能低，价格居高不下。所以，紫外光发光二极管碍于发光效率及价格的因素，其运用仍然无法普及。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于紫外光发光二极管的基板及该基板的制造方法，可以减少磊晶层的缺陷密度。
为达成上述目的，本发明提供的一种用于紫外光发光二极管的基板，包含有一基材与一磊晶层，其中，该基材具有一表面，该表面形成有一微纳米结构；该磊晶层设置于该基材的该表面上且覆盖该微纳米结构，该磊晶层至少包括一氮化铝层，其中，该氮化铝层中的碳元素含量至少为1×1012atom/cm3。
本发明所提供用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，包含下列步骤：A、提供一基材；B、在该基材的一表面制作一微纳米结构；C、在该微纳米结构上设置一磊晶层，该磊晶层包含一氮化铝层；D、将设置有该磊晶层的基材置在一气氛中进行退火，其中该气氛至少包含有一含碳元素的气体，且退火的温度为1500℃以上；从而，具有该微纳米结构的基材及该磊晶层形成用于紫外光发光二极管的基板。
本发明的效果在于，磊晶层经含碳元素的气体或含碳元素的气体与惰性气体气氛下退火后，可使磊晶层的穿透差排的密度降低，在后续制成紫外光发光二极管后，减少紫外光与差排缺陷复合的机会。此外，微纳米结构让紫外光可往背离该基材的方向反射，有效增进紫外光二极管的发光效率。
附图说明
图1本发明第一优选实施例用于紫外光发光二极管的基板的制造方法流程图；
图2为一示意图，公开上述优选实施例的基材；
图3为一示意图，公开上述优选实施例具有微纳米结构的基材；
图4为一立体图，公开上述优选实施例具有微纳米结构的基材；
图5为一示意图，公开上述优选实施例的基板；
图6为一示意图，公开本发明第二优选实施例的基板；
图7为一示意图，公开本发明第三优选实施例具有微纳米结构的基材；
图8为一示意图，公开本发明第四优选实施例具有微纳米结构的基材；
图9为一示意图，公开本发明第五优选实施例具有微纳米结构的基材；
图10为一示意图，公开本发明第六优选实施例具有微纳米结构的基材；
图11为一示意图，公开本发明第七优选实施例具有微纳米结构的基材。
【符号说明】
[本发明]
1基板
10基材 10a、10a’表面 12凸丘
14磊晶层
2基板
24磊晶层 242氮化铝层 244氮氧化铝界面层
30基材 32结构
40基材 42结构
50基材 52结构
60基材 62结构
70基材 72结构 722平面
W最小宽度
H高度
具体实施方式
为能更清楚地说明本发明，兹举一优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1所示，为本发明第一优选实施例用于紫外光发光二极管的基板的制造方法流程图，之后配合图2至图6说明制作该基板1的步骤。
首先提供一基材10(参照图2)，该基材10在本实施例中为蓝宝石基材，该基材10呈平板状，具有上、下相背对的两个表面10a、10a’。该基材10也可采用硅基材或碳化硅基材。
接着，在该基材10的其中一表面10a制作多个以凸丘12为例的结构(参照图3与图4)，该些凸丘12构成一微纳米结构。本实施例中，该些凸丘12呈周期性排列，且各该凸丘12呈半球状，各该凸丘12的底部的最小宽度W介于100～5000nm之间，且各该凸丘12的高度H与其底部的最小宽度W的比值为0.2以上。该些凸丘可采用以下方式制成，包括：(1)利用纳米转印的技术，譬如热压成形式纳米转印、光感成形式纳米转印等方式形成；(2)利用纳米球微影的技术，即先于基板1的表面10a，预先涂布一层混和有纳米球的溶液，利用纳米球具有自我组装(self-assembly)效应的特性，在基材10表面10a形成有次序的周期性排列后，以纳米球为蚀刻屏蔽，加以蚀刻转印形成；(3)利用阳极氧化铝(AAO)制程技术，通过金属铝在阳极氧化的过程中，自我组装所形成纳米孔洞的氧化铝做为板模，蚀刻转印形成；(4)利用黄光微影及蚀刻技术形成。
而后，请配合图5，在该基材10上设置厚度介于100～2000nm之间的一磊晶层14，以覆盖该些凸丘12。本实施例中该磊晶层14为一氮化铝层，该氮化铝层的厚度介于100～2000nm之间，该磊晶层14的可以采溅镀、蒸镀、或MOCVD等方式制作。该些凸丘12也可以不规则的方式排列。而微纳米结构并不限定为多个凸丘12，也可为多个以凹坑为例的结构，凹坑的深度与凹坑底部的最小宽度的比值为0.2以上。
再将设置有该磊晶层14的基材10置一退火炉(图未示)中，通入含碳元素的气体(如一氧化碳、二氧化碳或烷类气体等)，气氛中也可通入惰性气体，以调整含碳元素的气体的浓度，其中，惰性气体可为氮气、氩气及氦气之中的至少一者或任意二者以上的混合，让设置有该磊晶层14的基材10处于含碳元素的气体的气氛中进行退火，退火的温度为1500℃以上。从而，退火后的该磊晶层14及该基材10构成用于紫外光发光二极管的基板1。由于是在含有碳元素的气氛中退火，因此，碳元素将会在表面吸附或渗入该磊晶层14中，使该磊晶层14中含有碳元素，其中该磊晶层14中的碳元素含量至少为1×1012atom/cm3。
通过上述的含碳元素的气体退火步骤，可以有效地减少该磊晶层14的穿透差排的密度，该磊晶层14的穿透差排的密度可降低至1×108/cm3以下。由于穿透差排的密度减少，采用该基板1制造的紫外光发光二极管，将可以减少所产生的紫外光与差排缺陷复合的机会，提高紫外光二极管的发光效率。此外，通过该些凸丘12所形成的微纳米结构也可增加紫外光反射的效果，让紫外光可以被微纳米结构往背离该基板1的方向反射，提高紫外光二极管的发光效率。
为进一步改善晶格失配问题，磊晶层14中的氮化铝层可以有微量元素掺杂，例如添加Ga、In、Si等。或是另外在退火的氮化铝层上再磊晶一层氮化铝镓(AlGaN)层成为模板(template)产品(图未示)。
图6所示为本发明第二优选实施例的基板2，其具有大致相同于第一实施例的基板1，不同的是，本实施例的基板2的磊晶层24包括一氮化铝层242及一氮氧化铝界面层244，该氮氧化铝界面层244的厚度介于100～2000nm且覆盖于该些凸丘12上且位于该氮化铝层242下方。本实施例的基板2的制造方式以第一实施例为基础，先于基材10的该些凸丘12上设置相同于第一实施例的磊晶层14(参照图5)，而在退火的过程中，控制退火的温度以及含碳元素的气体与惰性气体比例而形成图6中磊晶层24中的该氮氧化铝界面层244，该氮氧化铝界面层244则构成本实施例的磊晶层24的一部分，该磊晶层24其余的部分则形成为图6中的该氮化铝层242。优选的，控制退火参数使该氮氧化铝界面层244的厚度可达到5nm以上，适当厚度的氮氧化铝界面层244将有助于微调氮化铝层242的晶格常数，降低后续制作紫外光发光二极管时，氮化铝层242与其上的磊晶层(例如氮化铝镓磊晶层)之间的晶格失配，从而有利于紫外光发光二极管磊晶层的缺陷密度下降。
本发明的基材上的结构除了半球形之外，也可如图7至图11所示的形状，其中：
请配合图7，在第三实施例中，基材30上的结构32呈圆锥状；
请配合图8，在第四实施例中，基材40上的结构42呈圆弧状；
请配合图9，在第五实施例中，基材50上的结构52呈角锥状，且结构52的侧环面呈弧形凹陷；
请配合图10，在第六实施例中，基材60上的结构62呈圆柱状，且结构62旁呈弧形凹陷；
请配合图11，在第七实施例中，基材70上的结构72呈平台状，其顶部具有平面722。
总括各上述实施例的结构具有让紫外光往背离该基材的方向反射的作用。
如上所述，本发明用于紫外光发光二极管的基板及其制造方法，可使磊晶层的穿透差排的密度降低，在后续制成紫外光发光二极管后，减少紫外光与差排缺陷复合的机会，且微纳米结构让紫外光可往背离该基材的方向反射，从而，有效增进紫外光二极管的发光效率。
以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。
Claims (16)
1.一种用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，包含有：
一基材，具有一表面，该表面形成有一微纳米结构；以及
一磊晶层，设置于该基材的该表面上且覆盖该微纳米结构，该磊晶层至少包括一氮化铝层，其中，该氮化铝层中的碳元素含量至少为1×1012atom/cm3。
2.如权利要求1所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该微纳米结构包含多个结构，各该结构的底部的最小宽度介于100～5000nm之间。
3.如权利要求2所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中各该结构的高度或深度与其底部的最小宽度的比值为0.2以上。
4.如权利要求1所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该磊晶层包含一氮氧化铝界面层，该氮氧化铝界面层覆盖该微纳米结构且位于该氮化铝层下方。
5.如权利要求4所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该氮氧化铝界面层的厚度为5nm以上。
6.如权利要求4所述用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该氮化铝层的厚度介于100～2000nm之间。
7.如权利要求1所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该磊晶层的穿透差排的密度为1×108/cm3以下。
8.如权利要求1所述的用于紫外光发光二极管的基板，其特征在于，其中该基材为蓝宝石基材、硅基材、及碳化硅基材中的一种。
9.一种用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
A、提供一基材；
B、在该基材的一表面制作一微纳米结构；
C、在该微纳米结构上设置一磊晶层，该磊晶层至少包含一氮化铝层；
D、将设置有该磊晶层的基材置于一气氛中进行退火，其中该气氛至少包含有一含碳元素的气体，且退火的温度为1500℃以上；
具有该微纳米结构的基材及该磊晶层形成用于紫外光发光二极管的基板。
10.如权利要求9所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，其中步骤B是在该基材上制作多个结构，该些结构构成该微纳米结构，且各该结构的底部的最小宽度介于100～5000nm之间。
11.如权利要求10所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，其中各该结构的高度或深度与其底部的最小宽度的比值为0.2以上。
12.如权利要求9所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，其中步骤B中该氮化铝层覆盖于该微纳米结构上；步骤D中该气氛包含有惰性气体，且步骤D中包含控制退火的温度以及该含碳元素的气体与惰性气体比例，以使该氮化铝层反应而形成一氮氧化铝界面层，该氮氧化铝界面层构成该磊晶层的一部分。
13.如权利要求12所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，其中该氮氧化铝界面层的厚度为5nm以上。
14.如权利要求9所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，其中步骤C中，该氮化铝层的厚度介于100～2000nm之间。
15.如权利要求9所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，步骤D中，该含碳元素的气体为一氧化碳、二氧化碳、或烷类气体。
16.如权利要求9所述的用于紫外光发光二极管的基板的制造方法，其特征在于，步骤D中，该气氛更包含有氮气、氩气及氦气中的至少一种。
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