JP2015037180A - 発光ダイオード基板 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオード基板の製造方法を提出する。【解決手段】互いに仕切られた複数の凸部１２０及び深さｄ１を有する複数の第１凹部を含むパターンで形成したナノパターン化サファイヤ基板を提供するステップと、複数の第１凹部のそれぞれの表面を露出するように、複数の凸部１２０のそれぞれを被覆する複数の保護構造を形成するステップと、異方性エッチング処理を施して、保護構造に被覆されていない複数の第１凹部のそれぞれの表面をさらにエッチングして、深さｄ２を有する複数の第２凹部１１０を形成し、且つｄ２＞ｄ１であるステップと、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、発光ダイオード基板に関する。

従来の発光ダイオード基板は、エピタキシーの前に、一般的にナノパターン化サファイヤ基板技術（Ｎａｎｏ−Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ＮＰＳＳ）を用いてインプリントすることにより、ナノパターンを形成し、光取り出し効率を増加する。ナノパターン化サファイヤ基板技術としては、ナノインプリントプロセスを利用することが多い。ナノインプリントは、プロセスが簡単で高速であるので、工業生産に適用する。

従来の発光ダイオード基板製造技術では、形成されたナノパターンの凹部深さが不足であることで、光取り出し効果は理想的ではない。従来の発光ダイオード構造の光取り出し効果を示す模式図である図１を参照されたい。従来の発光ダイオード構造は、従来の基板６００及び発光多層構造５００を備える。基板６００に形成されたナノパターンの凹部深さは、３００ｎｍに過ぎないので、輝度の向上に限界がある。従来の発光ダイオード基板に形成されたナノパターンの凹部深さが不足であるので、光源は、発光多層構造５００が作られた後、方向７００に沿って従来の基板６００を透過することになる。このため、光線は、反射されて順方向光になれず、エネルギーの消費、輝度の低減、及び低光取り出し率を引き起こす。このため、柱体の深さの不足は、至急に改善しなければならない問題である。

このため、本発明の目的は、互いに仕切られた複数の凸部及び深さｄ１を有する複数の第１凹部を含むパターンで形成したナノパターン化サファイヤ基板を提供するステップと、複数の第１凹部のそれぞれの表面を露出するように、複数の凸部のそれぞれを被覆する複数の保護構造を形成するステップと、異方性エッチング処理を施して、複数の保護構造のそれぞれに被覆されていない複数の第１凹部のそれぞれの表面をさらにエッチングして、深さｄ２を有する複数の第２凹部を形成し、且つｄ２＞ｄ１であるステップと、を含む新規の発光ダイオード基板の製造方法を提供する。

本発明の別の実施例によれば、ナノパターン化サファイヤ基板にパターンを形成する方法は、ナノインプリント法（Ｎａｎｏ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）である。

本発明の別の実施例によれば、保護構造は、マスクレスペンデオエピタキシー技術（Ｍａｓｋｌｅｓｓ Ｐｅｎｄｅｏ‐ｅｐｉｔａｘｙ）方法で形成される。

本発明の別の実施例によれば、凸部頂部の幅さはｗ１であり、複数の保護構造のそれぞれの幅さはｗ２であり、且つ０＜ｗ１＜ｗ２である。

本発明の別の実施例によれば、複数の保護構造のそれぞれを生長させる方法は、有機金属化学気相堆積法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）である。

本発明の別の実施例によれば、保護構造の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム又は窒化アルミニウムガリウムである。

本発明の別の実施例によれば、異方性エッチング処理は、誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ‐ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）エッチング法で達成される。

本発明の別の実施例によれば、誘導結合プラズマエッチング法に用いるエッチングガスは、四フッ化炭素、塩素及び三塩化ホウ素を混合したものである。

本発明の別の実施例によれば、エッチングガスの割合は、四フッ化炭素：塩素：三塩化ホウ素＝６：２：１である。

本発明は、基板がナノパターン化サファイヤ基板であり、基板のパターンが互いに仕切られた複数の凸部及び複数の凹部を含み、複数の凹部のそれぞれの深さが２つの隣接する凸部頂部の間の距離よりも大きく、且つ複数の凹部のそれぞれの深さが１μｍ以上である発光ダイオード基板を提出する。

本発明の別の実施例によれば、複数の凹部のそれぞれの間隔は、４００〜８００ｎｍである。

本発明は、発光ダイオード基板と、発光ダイオード基板に積み重ねられた発光多層構造と、を含む発光ダイオード構造を提出する。

本発明の別の実施例によれば、発光多層構造は、Ｐ型半導体、発光層及びＮ型半導体を含む。

本発明は、便利で高速且つ極めて高い収量性を有し、発光ダイオードの生産製造に効果的に応用することができる発光ダイオード基板の製造プロセスを提出する。本発明の発光ダイオード基板は、凹部深さが深められるため、従来の発光ダイオード基板技術により形成された柱体の深さがあまり深くならないことにより、光取り出し効果が理想的ではない問題が改善される。本発明の発光ダイオード構造は、本発明の発光ダイオード基板と合わせて使用した後の、基板を透過して基板に吸収された比率が、従来の技術より明らかに低減する。逆に、反射されて効果的に利用可能な順方向光は、従来の技術より明らかに向上する。全体的に、光取り出し率の表現は、従来の技術より明らかに一層向上する。

従来の発光ダイオード構造の光取り出し効果を示す模式図である。 本発明の発光ダイオード基板の製造プロセスを示すブロック図である。 ナノパターン化サファイヤ基板を示す模式図である。 ナノパターン化サファイヤ基板に保護構造を形成することを示す模式図である。 異方性エッチング処理を施して本発明の発光ダイオード基板を形成することを示す模式図である。 本発明の発光ダイオード構造及びその光取り出し効果を示す模式図である。

以下、図面及び詳しい説明で本発明の精神を明確に説明する。当業者であれば、本発明の好適な実施例を理解する上で、本発明が教示した技術によって、本発明の精神と領域から逸脱せずに、変更や修正を加えることができる。

従来の基板６００（図１を参照する）の柱体の深さｄ１（図１を参照する）が不足であることで、光取り出し効果が不十分となる問題を解決するために、本発明は、発光ダイオード基板１００（図５を参照する）及びその製造プロセスを提出する。図２は、本発明の発光ダイオード基板の製造プロセスを示すブロック図である。本発明の発光ダイオード基板１００（図５を参照する）の製造方法は、互いに仕切られた複数の凸部及び深さｄ１を有する複数の第１凹部を含むパターンで形成したナノパターン化サファイヤ基板を提供するステップＳ２００と、複数の第１凹部のそれぞれの表面を露出するように、複数の凸部のそれぞれを被覆する複数の保護構造を形成するステップＳ２０１と、異方性エッチング処理を施して、複数の保護構造のそれぞれに被覆されていない複数の第１凹部のそれぞれの表面をさらにエッチングして、深さｄ２を有する複数の第２凹部を形成し、且つｄ２＞ｄ１であるステップＳ２０２と、を含む。

図２及び図３を同時に参照されたい。図２は、本発明の発光ダイオード基板の製造プロセスを示すブロック図である。図３は、ナノパターン化サファイヤ基板を示す模式図である。ステップＳ２００において、互いに仕切られた複数の凸部１２０及び深さｄ１を有する複数の凹部１０２（即ち、上記の「第１凹部」）を含むパターンで形成したナノパターン化サファイヤ基板３００を提供する。ナノパターン化サファイヤ基板３００にパターンを形成する方法は、ナノインプリント法（Ｎａｎｏ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）である。

注意すべきなのは、以上に挙げたナノパターン化サファイヤ基板３００にパターンを形成する方法は、単なる例示であり、本発明を限定するものではない。当業者は、実際の必要に応じて、適切な形成方法を選択すべきである。

図３及び図４を同時に参照されたい。図３は、ナノパターン化サファイヤ基板を示す模式図である。図４は、ナノパターン化サファイヤ基板に保護構造を形成することを示す模式図である。ナノパターン化サファイヤ基板３００を提供した後、複数の凹部のそれぞれの表面１０４を露出するように、複数の凸部１２０のそれぞれを被覆する複数の保護構造１３０を形成する。ナノパターン化サファイヤ基板３００において、互いに仕切られた複数の凸部１２０の頂部の幅さはｗ１であり、複数の保護構造のそれぞれの幅さはｗ２であり、且つ０＜ｗ１＜ｗ２である。一実施例において、保護構造１３０は、マスクレスペンデオエピタキシー技術（Ｍａｓｋｌｅｓｓ Ｐｅｎｄｅｏ‐ｅｐｉｔａｘｙ）方法で形成される。別の実施例において、保護構造１３０を生長させる方法は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）である。保護構造１３０の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム又は窒化アルミニウムガリウムである。

注意すべきなのは、以上に挙げた保護構造１３０の形成方法及び材料は、単なる例示であり、本発明を限定するものではない。当業者は、実際の必要に応じて、適切な形成方法及び材料を選択すべきである。

図４及び図５を同時に参照されたい。図４は、ナノパターン化サファイヤ基板に保護構造を形成することを示す模式図である。図５は、異方性エッチング処理を施して本発明の発光ダイオード基板を形成することを示す模式図である。ナノパターン化サファイヤ基板３００（図３を参照する）に保護構造１３０を形成した後、ナノパターン化サファイヤ基板３００（図３を参照する）に異方性エッチング処理を施して、保護構造１３０に被覆されていない凹部の表面１０４をさらにエッチングして、深さｄ２を有する複数の凹部１１０（即ち、上記の「第２凹部」）を形成し、且つｄ２＞ｄ１（図３を参照する）である。異方性エッチング処理は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法で達成される。誘導結合プラズマにより、方向１５０に沿って凹部１１０にエッチングを行って、凹部１１０の深さをｄ２に深くなる。誘導結合プラズマエッチング法に用いるエッチングガスは、四フッ化炭素、塩素及び三塩化ホウ素を含む。エッチングガスの割合は、四フッ化炭素：塩素：三塩化ホウ素＝６：２：１である。

なお、以上に挙げた異方性エッチング処理のエッチング技術及び用いたエッチングガスは、単なる例示であり、本発明を限定するものではない。当業者は、実際の必要に応じて、適切なエッチング技術及びエッチングガスを選択すべきである。

図５は、異方性エッチング処理を施して本発明の発光ダイオード基板を形成することを示す模式図である。本発明は、新規のナノパターン化サファイヤ基板である発光ダイオード基板１００を提出する。本発明の提出した発光ダイオード基板１００のパターンは、互いに仕切られた複数の凸部１２０及び複数の凹部１１０を含み、凹部１１０の深さｄ２が２つの隣接する凸部１２０の頂部の間の距離ｄ４よりも大きい。凹部１１０は、間隔ｄ３が４００〜８００ｎｍであり、深さｄ２が１μｍ以上である。

図６は、本発明の発光ダイオード構造及びその光取り出し効果を示す模式図である。本発明は、発光ダイオード基板１００と、発光ダイオード基板１００に積み重ねられた発光多層構造５００と、を含む発光ダイオード構造２００を提出する。発光多層構造５００は、Ｐ型半導体５０１、発光層５０２及びＮ型半導体５０３を含む。発光ダイオードを使用する場合、電力を通流して発光多層構造５００を電力で励起させて、全方向へ放射する光線を発生させる。発光多層構造５００が発光ダイオード基板１００へ放射する光線は、発光ダイオード基板１００に放射された後、方向８００に沿って反射されて発光ダイオードの必要とする順方向光になる。本発明の発光ダイオード構造２００は、従来の基板６００（図１を参照する）に形成された発光ダイオード構造に比べ、方向８００へ反射された順方向光は多い。このため、本発明の発光ダイオード基板１００の光取り出し率の表現は、従来の基板６００（図１を参照する）よりも優れる。

本発明は、便利で高速且つ極めて高い収量性を有し、発光ダイオードの生産製造に効果的に応用することができる発光ダイオード基板の製造プロセスを提出する。本発明の発光ダイオード基板は、凹部深さが深くなるため、従来の発光ダイオード基板技術により形成された柱体の深さがあまり深くならないことにより、光取り出し効果が理想的ではない問題が改善される。本発明の発光ダイオード構造は、本発明の発光ダイオード基板と合わせて使用した後の、基板を透過して基板に吸収された比率が、従来の技術より明らかに低減する。逆に、反射されて効果的に利用可能な順方向光は、従来の技術より明らかに向上する。全体的に、光取り出し率の表現は、従来の技術より明らかに一層向上する。

１００ 発光ダイオード基板
１０２、１１０ 凹部
１０４ 表面
１２０ 凸部
１３０ 保護構造
１５０、７００ 方向
３００ ナノパターン化サファイヤ基板
５００ 発光多層構造
５０１ Ｐ型半導体
５０２ 発光層
５０３ Ｎ型半導体
６００ 基板
ｄ１、ｄ２ 深さ
ｄ３ 間隔
ｄ４ 距離
ｗ１、ｗ２ 幅さ
Ｓ２００、Ｓ２０１、Ｓ２０２ ステップ

Claims (13)

1. 発光ダイオード基板の製造方法であって、
   互いに仕切られた複数の凸部及び深さｄ１を有する複数の第１凹部を含むパターンで形成したナノパターン化サファイヤ基板を提供するステップと、
   前記第１凹部の表面を露出するように、前記凸部を被覆する複数の保護構造を形成するステップと、
   異方性エッチング処理を施して、前記保護構造に被覆されていない前記第１凹部の表面をさらにエッチングして、深さｄ２を有する複数の第２凹部を形成し、且つｄ２＞ｄ１であるステップと、
   を含む発光ダイオード基板の製造方法。
2. 該ナノパターン化サファイヤ基板にパターンを形成する方法は、ナノインプリント法（Ｎａｎｏ Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）である請求項１に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
3. 前記保護構造は、マスクレスペンデオエピタキシー技術（Ｍａｓｋｌｅｓｓ Ｐｅｎｄｅｏ‐ｅｐｉｔａｘｙ）方法で形成される請求項２に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
4. 前記凸部頂部の幅さはｗ１であり、前記保護構造の幅さはｗ２であり、且つ０＜ｗ１＜ｗ２である請求項３に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
5. 前記保護構造を生長させる方法は、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）である請求項４に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
6. 該保護構造の材料は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム又は窒化アルミニウムガリウムである請求項５に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
7. 該異方性エッチング処理は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法で達成される請求項２に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
8. 該誘導結合プラズマエッチング法に用いるエッチングガスは、四フッ化炭素、塩素及び三塩化ホウ素を混合したものである請求項７に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
9. 該エッチングガスの割合は、四フッ化炭素：塩素：三塩化ホウ素＝６：２：１である請求項８に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
10. 発光ダイオード基板であって、該基板がナノパターン化サファイヤ基板であり、該基板のパターンが互いに仕切られた複数の凸部及び複数の凹部を含み、複数の凹部のそれぞれの深さが２つの隣接する凸部頂部の間の距離よりも大きく、且つ前記凹部の深さが１μｍ以上である発光ダイオード基板。
11. 前記凹部の間隔は、４００〜８００ｎｍである請求項１０に記載の発光ダイオード基板。
12. 発光ダイオード構造であって、
    請求項１０又は１１に記載の発光ダイオード基板と、
    該発光ダイオード基板に積み重ねられた発光多層構造と、
    を含む発光ダイオード構造。
13. 該発光多層構造は、Ｐ型半導体、発光層及びＮ型半導体を含む請求項１２に記載の発光ダイオード構造。

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