TW201248793A - Patterned substrate structure, manufacturing method thereof and light-emitting device having the same - Google Patents

Description

201248793 六 '發明說明： 【發明所屬之技術領域】 其製作方法及其發光 其製作方法及其發光元 本發明係有關於一種基板結構 元件’尤指一種圖案化基板結構、 件。 【先前技術】 各種三五族化合物，例如用於製造n 發光二極體的磷化鋁鎵銦（AiGaInp) 认' 立或'•工先 紫外光發光二極體的氮化鎵（GaN)以大旦運=監光或 。其中，超高亮度之藍光或紫:卜:發光::二 在未來將可取代現行之白熱燈泡與南素燈泡。 —由於前述之三五族化合物晶體是成長—基板上，例如 Μ石的晶體結構與氮化鎵相同，故—般會在藍寶石的基 板上製作氮化鎵層，但藍寶石的s狄命》 土 a ^石的日日格與鼠化鎵晶體的晶格 不匹配’因此發光二極體_氮化鎵晶體通f會具有高密 度的線差排，此種晶體的缺陷會降低藍光或紫外光發光二 極體的光輸出功率’其原因在於過高的缺陷密度，4造成 凡件之發光效率與電子遷移速度無法提升。因此，發光元 件的特性會取決於三五族化合物的蟲晶品質，而三五族化 合物的蟲晶品質，則與所使用的基板表面之品質息息相 關。 【發明内容】 本發明之目的之一在於提供一種可降低磊晶結構中 3/14 201248793 的缺=且可提高元件之效率的圖案化基板結構。 兔明之實施例提供一種圖案化基板結構，包含：一 圖案化基板，盆且古 I — 之圖荦M j 似—成砂料板區域上 圖案匚域，其中該圖案區域包括多個 凹部係由側面及底面所界定者；以及一遮蔽層，二= 於該側面與該底面之至少其中之一者。文曰A係伋盍 方法本:：之實施例係提供-種圖案化基板結構的製作 方法，包含以下步驟：提供一圖案化基 =板區域及一成型於該基板區域上之圖案區= 戈包括多個凹部及凸部，每-凹部係由側面及 層係覆蓋於所述之凹部及凸邱.士荆L 亥遮蚊 m i 成型—総相覆蓋於該 ，層，去除部分之該光阻層，使該光阻層殘留於每一凹 ^，去除未被殘留之該光阻層所覆蓋之該遮蔽層；去除殘 留之該光阻層’使該遮蔽層覆蓋於該側面與該底面之至少 其中之一。 本發明之實施例係提供一種發光元件，包含：一圖案 化基板’其具有一基板區域及一成型於該基板區域上之圖 案區域，其中該圖案區域包括多個凹部及凸部，每一凹邙 係由側面及底面所界定者；一遮蔽層，其係覆蓋於該側 面與》亥底面之至少其中之一者；以及一成型於該圖案化基 板上且覆蓋於該遮蔽層之磊晶結構。 本發明可達成的功效在於，利用覆蓋於圖案化基板上 τ 之凹部的側面、底面的遮蔽層使後續的磊晶層出現橫向生 · 長的現象，使磊晶層的生長缺陷被限制於某些特定的區 4/14 ⑤ 201248793 域，例如被遮蔽層之上的磊 故可降低整體磊晶的缺陷， 性。 日日區域具有較低的差排密度， 進行提升元件的製程良率及特 進—步瞭解本發明之特徵及技術内容，請參 #失考^ /明之$細朗與關，然而所附圖式僅提 供多考與况明用’並非用來對本發明加以限制者。 【實施方式】 本文將以下實施例具體地的針對本發明提出參考例 太私=下對&貫施例的内容為—圖例之說明，’然並非限制 ==之料。本發明係提出—種圖案化基板結構及其製 乍其係在圖案化基板上製作覆蓋於圖案之側面及/ 遮蔽層，以大幅降低在圖案化基板上之蟲晶結構 社構^ ί的缺陷’進而可提高利用本發明之目案化基板 、-，。構所製成之發光元件的效率。 制你I茶考圖1(aMf)，其顯示本發明之圖案化基板結構的 衣 法之流程示意圖，該方法的步驟如下： t驟（一广提供一圖案化基板U，該圖案化基板 ’、有4板區域11A及—成型於基板區域llA 之圖案區域’其中圖案區域包括多個凹部11C及凸部 =B (如圖1 (a)所示）。在本具體實施例中，基板區 或丄1A的上表面成型有多個凹部丄ic：及凸部丄丄 :，：每-凹部11C可由側面112及底面…所界 :，母-凸部1 1B則可由側面丄12及頂面丄丄◦所界. 5/14 201248793 你仔朗的是，本㈣並不案化基板1 1的f 述之圖宰的酬或乾_方式均可形成前 0案化基板i丄；而以藍寶石（單晶三氧化二鋁）基 去」；亥凸二1 1B可為三角錐體（以立體角度觀察， 。二t ’m基板之上表面（C_平面）的結晶方向為 )’且每―三角錐體可具有平直之頂面（即相當於 月=之頂面110)’頂面11 〇之結晶方向同樣為 〇〇，且相鄰凸部i i B之間的間距p較佳地小於 3um’一亦或者’凸部11 B可為矩形體（以立體角度觀察， 仁未不之）’其同樣具有平直之頂面（即相當於前述之頂 面1 1 0)，然本發明並不限定圖案化基板工工上之凹部 1 1 c及凸部1 1 3的態樣，例如：圖案化基板.1 1上的 圖案可為三角錐、四角錐、圓錐、多角錐，而所述之錐體 上方有平台，或者上述之錐體或平台側壁有大於一處之轉 折（亦即上小下大之矩形結構體、角錐狀結構體、弧狀結 構體、圓錐狀結構體、圓柱狀結構體、肖柱狀結構體或梯 形結f體等等）；圖案化基板1 1之的圖案亦可為點狀也 可=線狀。本發明亦不限定圖案化基板11的材質，例 士藍貝石基板（包括不同軸向的藍寶石基板，可簡稱為 —a之藍寶石基板，其中a_平面、卜平面以及…平面以 米勒^數_161· indices)表示分別為（_)、（_)、 j 1010))、矽基板或碳化矽基板等等均係為本發明保護之 辄嘴’而以下說明係以藍f石之圖案化基板丄i進行說 明0 步驟（ :成型遮蔽層12於圖案化基板11上 6/14 201248793 該遮蔽層1 2係覆蓋於所述之 1 ^ (如圖1⑴所示)。在一呈二:lc及凸部11Β - 步驟在圖案化基板i丄上成型一 ir' 礼 化石夕層覆蓋於所述之凹部丄lc連/性的氧化物層，如氧 述之遮蔽層12，財之，11 ^成為所 案化基板！！的底面係批覆於前述之圖 然而，所述之遮蔽層丄2可 2及頂面1 1 0。

物層（如氣化石夕）或以半導體方為^不同材質’例如氣化 f ) ® 、方去（如化學氣相沈積，CVD 寺）所衣作之金屬層、金屬氧化物 步驟（二）：成型一光阻層P V舜― (如圖1(相示本步驟係利：：；覆盖該遮蔽層12 置上成型不同厚度之結構’以在後声光阻層p尺在不同位 同區域產生裸露/非裸露的效果。2餘刻製程中針對不 中，位於每一凹部 更具體地說，在此步驟 大於位於每一凸之光阻層pR的厚度係實質地 丁2)。 M1B之光阻層U的厚度（即丁,〉 步驟（四）：去除部分之 殘留於每一凹部j9 P R，使光阻層P R ^ 1 C中（如圖1 ( d)挪-、 要在於去除部分之光阻層PR，、2 )所不）；此步驟主 除之遮蔽層1 2的深戶9 + θ，以控制下一步驟中所要移 咖法將部分之係利_刻， 中，由於光阻層尺加以移除。而在前-步驟 度，故在此I虫刻步驟中 σ 巾具有較大的厚 凸部11β之頂面丄丄 、、阻層p R部分（如位於 而留下填入凹部ilc中的光= 會被完全清.除， 7/14 201248793 _步驟（五）：去除未被殘留之光阻層^所覆蓋之遮 蔽層1 2 (如圖1 (e)所示）；在具體步驟中，係利用飯 刻，如膽方法將未被殘留之光阻層PR所覆蓋之遮蔽 層1 2加以去除，使被殘留之光阻層pm覆蓋之遮蔽層 1 2未被移除而成型為批覆於凹部1 1 ◦之纟士構。 最後，步驟（六）：去除殘留之該光阻層pR (如圖1 ⑺所不）；在此步驟中，係將光阻加以去除而形成本發 明之圖案化基板結構。具體而言，所殘留之 覆蓋於側面i i 2與底面工工1。 曰丄Z了 姑！ 由上述所提出之步驟’本發明可在圖案化基 板11之圖案區域上的凹部11C之内壁面（即側面工1 2與底面1 1 1)成型有遮蔽層1 2。 明參相2，其顯*本發明之—變 步驟(四)中姓刻光阻的心 1 1 C之5降低’進而使殘留之遮蔽層12僅覆蓋於凹部 1 1 C之底面1 1 1。 1 中可圖二，其顯示本發明之另-變化實施例，其 之η 之後更進行黃光'钱刻等步驟，使殘留 之遮=上2僅覆蓋於凹部llc之側面112。 遮蔽ρ 2係填滿於凹部^中再雜貫施例，其中 可選用不::二’?顯不本發明之又一變化實施例’其中 狀之凸部ΐ ^ 例之圖案化基板11，其具有圓弧 二”，而殘留之遮蔽層12可覆蓋於凹部11 L之底面1 1 1與側面1工2。 丄 8/14

201248793 二芩考圖2D，其顯示本發明之更一變化實施例，其 中可選用不同於前述實施例之圖案化基板1 1，其具有三 :錐狀之凸1 1 B (但無平直之頂面）’而殘留之遮蔽 層1 2可覆蓋於凹部i丄c之底面丄丄丄與側面丄丄 2 °由上述各種實施例可知，本發明並不限定遮蔽層1 2 的態樣，凡在圖案化基板丄丄上的凹部丄工c之底面丄丄 1士與/或側面1 1 2上覆蓋有材料皆為本發明所涵蓋之範 :本發明Μ作之㈣化基板結構可在後續的蟲晶 、壬達到提咼磊晶品質的效果。具體而言’當在本發明 所製作之圖案化基板結構上進行蟲晶的成長初期，蟲晶層 =會成長在賴層1 2上，—絲在未設置有遮蔽層 1 2之頂面1 1 ◦(實質包括部分裸露的側面]_工2) 著晶體成長的進行，在遮蔽層丄2上產生義晶層的 ==長（L細1 gr〇wth)，而由遮蔽層12的兩側成長 、從B曰層與原本在厚度方向上的蟲晶層可形成—體化。一 般衫晶層的成長過財會“錢，而本發明可將差排 ㈣生限制在未設置有遮蔽層1 2之頂面！ ！ Q所成長 之^層中。換言之’當以層進行橫向成長時，差排並 =會f向擴張’即使差排進行橫向擴張，只會沿著平面方 :-直於厚度方向）延伸，而不會構成貫通上下的差排， =遮蔽層12所設置之區域（底面UU/及側面Η 2)的上方形成有較差排密度低的磊晶層，由此可降低磊 晶層的整體差排密度。 了降低μ 舉例來說，請參閱圖3,其顯示一種發光元件，如應 9/14 201248793 用於雷射（LDs)或發光二極體（LEDs) 2ΠΙ_ν族半導 體，該發光元件包括上述的圖案化基板丄丄、遮蔽層工2 及成型於該圖案化基板^ ^上且覆蓋於該遮蔽層丄2之 磊晶結構。具體而言，該發光元件之磊晶結構至少包括一 设於圖案化基板1 1上的第一型半導體層丄3、一設於第 型半導體層1 3上之發光層1 4及一設於該發光層1 4上的第二型半導體層1 5，而如圖所示，該發光元件更 可包括分別電連接於第一型半導體層1 3與第二型半導 體層1 5的第-電極工6、第二電極丄7。具體而言，該 第一、二型半導體層1 3、1 5是由電性彼此相反的m_v 私系半導體材料構成，例如可為氤化鎵系半導體材料，該 發光層14則是可為接收電能後可以光電效應發光的材 料構成，例如硫化鋅（ZnS)、硫化鎘（CdS)、磷化鎵（Gap)、 磷砷鎵（GaASl_xPx)、砷鋁鎵（GaAiAs)，或氮化鎵（GaN)等， 該第一、二電極i 6 ' i 7則可為鎳、鉛、鈷、鐵、鈦、 銅、錢、金、釕、鶴、錯、翻、组、翻、銀、此等之氧化 物、氮化物，及前述材料之組合所構成，於本實施例中圖 案化基板11是由藍寶石構成，該第一、二型半導體層工 3 1 5分別由η型及p型氮化鎵構成，該發光層1 4為 由氮化鎵構成，§亥第一、二電極1 6、1 7則為由在白金構 成。 因此，如同前文所述，由於本發明之圖案化基板結構 了有效降低後續蠢晶的缺陷密度，故本發明之圖案化美板 釔構應用於製作半導體元件（如前述之發光元件）時，即 可有效提高後續元件製作的良率及元件的特性。 10/14 201248793 惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本 發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式内 容所為之等效變化’均同理皆包含於本發明之權利保護範 圍内，合予陳明。 【圖式簡單說明】 圖U a)至圖1⑺係顯示本發明之圖案化基板結構的製 作方法的流程示意圖。 圖2係顯示本發明之圖案化基板結構的 意圖。 一變化實施例之示 圖2A係顯示本發明之圖案化基板結構的另一變化實施例

一變化實施例 之示意圖。 示本發明之圖案化基板結構的又一變化實施例 不本發明之圖案化基板結構的更一變化實施例

【主要六 疋件符號說明】 圖案化基板 基板區域 凸部 凹部 11/14 201248793 0 頂面 1 底面 2 側面 遮蔽層 14 第一型半導體層 發光層 第二型半導體層 16 第一電極 17 第二電極 P R 光阻層 T, ' T2 厚度

Claims (1)

1. 201248793 七、申請專利範圍： 1、一種圖案化基板結構，包含· 一圖案化基板，其具有一A F ^ ^ ^ 基板s域及一成型於該基板 :s之圖木區域，其中該圖案區域包括多個凹部 ^凸：，每-凹部係由側面及底面所界定者；以及 一遮敝層，其係覆蓋於該側面與該底面之至少其令之 一者。 2、，申？專利範15第1項所述m基板結構，其中 5玄遮敝層係為氧化物層、氮化物層或金屬層。 3如申凊專利範圍第工項所述之圖案化基板結構，其中 。玄圖木化基板係為藍寳石基板、發基板或碳化石夕基 板0 4 '如:請專利範圍第3項所述之圖案化基板結構，其令 該藍_寶石基_板的上表面之結晶方向為（〇_〕、 ("20)、（"02)或（】〇1〇)。 5、如、申請專利範圍第丄項所述之圖案化基板結構，其中 所述之相鄰的凸部之間的間距係小於3um。 6 θ種圖案化基板結構的製作方法，包含以下步驟： 提供一圖案化基板，該圖案化基板具有一基板區域及 、成i於。玄基板區域上之圖案區域，其中該圖案區 域包括多個凹部及凸部，每一凹部係由側面及底面 所界定者； 成型一遮蔽層於該圖案化基板上，該遮蔽層係覆蓋於 所述之凹部及凸部； 成型一光阻層以覆蓋於該遮蔽層； 13/14 201248793 去除部分之該光阻層，使該光阻層殘留於每-凹部； 去除未被殘留之該光阻層所覆蓋之該遮蔽層； 去除殘留之該光阻層，使該遮蔽層覆蓋於該側面盘該 底面之至少其中之一。 、Λ 7、 如申料利範圍第6項所述之_化基板結構的製作 f法，其中成型-遮蔽層之步驟中係成型氧化物層、 虱化物層或金屬層於該圖案化基板上。 8、 如中請專利範圍第6項所述之圖案化基板結構的製作 方法，其中在成型-光阻層之步驟中，位於每一 =阻層的厚度係大於位於每-凸部之該光阻 9 > - 種發光元件，包含 一圖案化基板’其具有—基㈣域及1型於該基板 區域上之？案區域，其中該圖案區域包括多個凹部 及凸部，每一凹部係由側面及底面所界定者； 一遮敝層，其係覆蓋於該侧面與該底面之至少其中之 一者；以及 、 成型於该圖案化基板上且覆蓋於該遮蔽層之蟲晶 結構。 如中請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該蟲 晶結構至少包括一設於該圖案化基板上的第一型= 導體層、一設於該第一型半導體層上之發光層及一設 於該發光層上的第二型半導體層。 14/14 ⑤