TWI517439B - 發光二極體結構、發光二極體基板及其製作方法 - Google Patents

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Description

發光二極體結構、發光二極體基板及其製作方法
本發明係有關於一種發光二極體基板。
習知的發光二極體基板，在磊晶之前，一般使用奈米圖案化基板技術(Nano-Patterned Sapphire Substrate,NPSS)壓印，以形成奈米圖案，增加光萃取效率。奈米圖案化基板技術多為使用奈米壓印製程。因為其製程簡單而快速，適合工業化生產。
習知的發光二極體基板製造技術，所形成之奈米圖案凹部深度不夠，造成光萃取效應不理想。請參照第1圖，其係繪示習知發光二極體結構光萃取效應示意圖。習知發光二極體結構具一習知基板600以及一發光多層結構500。基板600上所形成之奈米圖案凹部深度僅達300nm。此深度對亮度提升有限。由於，習知發光二極體基板所形成之奈米圖案凹部深度不夠，造成光源在發光多層結構500產生之後，循著方向700穿透習知基板600。因此光線未能反射成為正向光，造成能量損耗，亮度減弱，光萃取 率低。所以柱體深度不足，為極需改善的問題。
因此本發明的目的就是在提供一種創新的發光二極體基板的製作方法，其包括下列步驟：提供一奈米圖案化基板，奈米圖案化基板之圖案包括有彼此間隔的複數凸部及複數具有深度d1之第一凹部；形成複數保護結構包覆每一凸部，並裸露出每一第一凹部的表面；施加一非等向性蝕刻處理，使未被每一保護結構包覆之每一第一凹部的表面進一步被蝕刻，形成複數深度d2之第二凹部，且d2>d1。
依據本發明另一實施例，奈米圖案化基板形成圖案化的方法為奈米壓印法(Nano Imprint Lithography)。
依據本發明另一實施例，保護結構係以自組懸吊式磊晶技術(Maskless Pendeo-epitaxy)方法形成。
依據本發明另一實施例，凸部頂端之寬度為w1，每一保護結構之寬度為w2，且0<w1<w2。
依據本發明另一實施例，成長每一保護結構的方法為有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。
依據本發明另一實施例，保護結構的材料為氮化鎵、氮化銦鎵或氮化鋁鎵。
依據本發明另一實施例，非等向性蝕刻處理係以感應耦合電漿(ICP)蝕刻法達成。
依據本發明另一實施例，感應耦合電漿蝕刻法所用之蝕刻氣體包含混合四氟化碳、氯氣以及三氯化硼。
依據本發明另一實施例，蝕刻氣體之比例為四氟化碳：氯氣：三氯化硼=6：2：1。
本發明提出一種發光二極體基板，其中基板係為一種奈米圖案化基板，基板之圖案包括有彼此間隔的複數凸部及複數凹部，其中每一凹部的深度大於兩相鄰凸部頂端之間的距離，且每一凹部之深度為1μm以上。
依據本發明另一實施例，每一凹部的間距為400~800nm。
本發明提出一種發光二極體結構，其包括一發光二極體基板以及一發光多層結構，堆疊於發光二極體基板上。
依據本發明另一實施例，發光多層結構包括一P型半導體、一發光層及一N型半導體。
本發明提出一種發光二極體基板製作流程，方便快速並且有極高的良率表現，能有效應用在發光二極體之生產製造。本發明之發光二極體基板加深了凹部深度，因此改善了習知的發光二極體基板技術形成之柱體深度無法太深，造成光萃取效應不理想的問題。本發明之發光二極體結構在搭配本發明之發光二極體基板使用之後，穿透基板而被基板所吸收的比率，比起習知技術明顯下降。相反的，反射成為能有效利用的正向光，比起習知技術明顯上升。整體而言，光萃取率的表現明顯比習知技術更加提升。
100‧‧‧發光二極體基板
102‧‧‧凹部
104‧‧‧表面
110‧‧‧凹部
120‧‧‧凸部
130‧‧‧保護結構
150‧‧‧方向
300‧‧‧奈米圖案化基板
500‧‧‧發光多層結構
501‧‧‧P型半導體
502‧‧‧發光層
503‧‧‧N型半導體
600‧‧‧基板
700‧‧‧方向
d1‧‧‧深度
d2‧‧‧深度
d3‧‧‧間距
d4‧‧‧距離
w1‧‧‧寬度
w2‧‧‧寬度
S200‧‧‧步驟
S201‧‧‧步驟
S202‧‧‧步驟
第1圖係繪示習知發光二極體結構光萃取效應示意圖。
第2圖係繪示本發明之發光二極體基板製作流程方塊圖。
第3圖係繪示奈米圖案化基板示意圖。
第4圖係繪示奈米圖案化基板形成保護結構示意圖。
第5圖係繪示施加非等向性蝕刻處理以形成本發明之發光二極體基板示意圖。
第6圖係繪示本發明之發光二極體結構及其光萃取效應示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
為了解決習知基板600(參照第1圖)，其柱體之深度d1(參照第1圖)不足，造成光萃取效應不彰的問題。本發明提出一種發光二極體基板100(參照第5圖)以及其製作流程。第2圖係繪示本發明之發光二極體基板製作流程方塊圖。本發明之發光二極體基板100(參照第5圖)的製作方法，包括下列步驟：於步驟S200，提供一奈米圖案化基板，其圖案包括有彼此間隔的複數凸部及複數具有深度之第一凹部；於步驟S201，形成複數保護結構包覆每一凸部，並裸露出每一第一凹部的表面；於步驟S202，施加一非等向性蝕刻處理，使未被每一保護結構包覆之每一第一凹部的 表面進一步被蝕刻，形成複數深度d2之第二凹部，且d2>d1。
請同時參照第2圖及第3圖，其係分別繪示本發明之發光二極體基板製作流程方塊圖，以及奈米圖案化基板示意圖。於步驟S200中，提供奈米圖案化基板300，其圖案包括有彼此間隔的複數凸部120及複數具有深度d1之凹部102(即上述之『第一凹部』)。奈米圖案化基板300形成圖案化的方法為奈米壓印法(Nano Imprint Lithography)。
應注意的是，以上列舉奈米圖案化基板300之圖案化形成方法僅為例示，非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應視實際需要，選用適當之形成方法。
請同時參照第3圖及第4圖，其係分別繪示奈米圖案化基板示意圖，以及奈米圖案化基板形成保護結構示意圖。在提供奈米圖案化基板300之後，形成複數保護結構130包覆每一凸部120，並裸露出每一凹部的表面104。奈米圖案化基板300中彼此間隔的複數凸部120頂端之寬度為w1，每一保護結構之寬度為w2，且0<w1<w2。在一實施例中，保護結構130係以自組懸吊式磊晶技術(Maskless Pendeo-epitaxy)方法形成。在另一實施例中，成長保護結構130的方法為有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。保護結構130的材料為氮化鎵、氮化銦鎵或氮化鋁鎵。
應注意的是，以上列舉保護結構130之形成方法及材料僅為例示，非用以限定本發明。本發明所屬技術領域 中具有通常知識者應視實際需要，選用適當之形成方法及材料。
請同時參照第4圖及第5圖，其係分別繪示奈米圖案化基板形成保護結構示意圖，以及施加非等向性蝕刻處理以形成本發明之發光二極體基板示意圖。奈米圖案化基板300(參照第3圖)形成保護結構130之後，對奈米圖案化基板300(參照第3圖)施加一非等向性蝕刻處理，使未被保護結構130包覆之凹部的表面104進一步被蝕刻，形成複數深度d2之凹部110(即上述之『第二凹部』)，且d2>d1(參照第3圖)。非等向性蝕刻處理係以感應耦合電漿(ICP)蝕刻法達成。感應耦合電漿循方向150對凹部110進行蝕刻，以加深凹部110的深度d2。感應耦合電漿蝕刻法所用之蝕刻氣體包含四氟化碳、氯氣以及三氯化硼，且蝕刻氣體之比例為四氟化碳：氯氣：三氯化硼=6：2：1。
應注意的是，以上列舉非等向性蝕刻處理之蝕刻技術以及所用之蝕刻氣體僅為例示，非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應視實際需要，選用適當之蝕刻技術以及蝕刻氣體。
第5圖係繪示施加非等向性蝕刻處理以形成本發明之發光二極體基板示意圖。本發明提出一種發光二極體基板100，其係為一種創新的奈米圖案化基板。本發明提出之發光二極體基板100之圖案，包括有彼此間隔的複數凸部120及複數凹部110，其中凹部110的深度d2大於兩相鄰凸部120頂端之間的距離d4。凹部110的間距d3為 400~800nm，且凹部110之深度d2為1μm以上。
第6圖係繪示本發明之發光二極體結構及其光萃取效應示意圖。本發明提出一種發光二極體結構200，其包括一發光二極體基板100，以及一發光多層結構500堆疊於發光二極體基板100之上。發光多層結構500包括一P型半導體501、一發光層502及一N型半導體503。在使用發光二極體時，會通入一電能使發光多層結構500受電能激發，並產生光線往四面八方輻射出去。發光多層結構500輻射往發光二極體基板100之光線，射至發光二極體基板100後反射循方向800，成為發光二極體所需要的正向光。本發明之發光二極體結構200，比起習知基板600(參照第1圖)形成之發光二極體結構，反射往方向800之正向光較多。因此本發明之發光二極體基板100光萃取率的表現較習知基板600(參照第1圖)更為優異。
本發明提出一種發光二極體基板製作流程，方便快速並且有極高的良率表現，能有效應用在發光二極體之生產製造。本發明之發光二極體基板加深了凹部深度，因此改善了習知的發光二極體基板技術形成之柱體深度無法太深，造成光萃取效應不理想的問題。本發明之發光二極體結構在搭配本發明之發光二極體基板使用之後，穿透基板而被基板所吸收的比率，比起習知技術明顯下降。相反的，反射成為能有效利用的正向光，比起習知技術明顯上升。整體而言，光萃取率的表現明顯比習知技術更加提升。
100‧‧‧發光二極體基板
110‧‧‧第二凹部
120‧‧‧凸部
150‧‧‧方向
d2‧‧‧深度
d3‧‧‧間距
d4‧‧‧距離

Claims (13)

  1. 一種發光二極體基板的製作方法，包括：提供一奈米圖案化基板，該奈米圖案化基板之圖案包括有彼此間隔的複數凸部及複數具有深度d1之第一凹部；形成複數保護結構包覆該些凸部的上表面及側表面，並裸露出該些第一凹部的表面；以及施加一非等向性蝕刻處理，使未被該些保護結構包覆之該些第一凹部的表面進一步被蝕刻，形成複數深度d2之第二凹部，且d2>d1。
  2. 如請求項1所述之發光二極體基板的製作方法，其中該奈米圖案化基板形成圖案化的方法為奈米壓印法(Nano Imprint Lithography)。
  3. 如請求項2所述之發光二極體基板的製作方法，其中該些保護結構係以自組懸吊式磊晶技術(Maskless Pendeo-epitaxy)方法形成。
  4. 如請求項3所述之發光二極體基板的製作方法，其中該些凸部頂端之寬度為w1，該些保護結構之寬度為w2，且0<w1<w2。
  5. 如請求項4所述之發光二極體基板的製作方法，其中成長該些保護結構的方法為有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)。
  6. 如請求項5所述之發光二極體基板的製作方法，其中該保護結構的材料為氮化鎵、氮化銦鎵或氮化鋁鎵。
  7. 如請求項2所述之發光二極體基板的製作方法，其中該非等向性蝕刻處理係以感應耦合電漿(ICP)蝕刻法達成。
  8. 如請求項7所述之發光二極體基板的製作方法，其中該感應耦合電漿蝕刻法所用之蝕刻氣體包含混合四氟化碳、氯氣以及三氯化硼。
  9. 如請求項8所述之發光二極體基板的製作方法，其中該蝕刻氣體之比例為四氟化碳：氯氣：三氯化硼=6：2：1。
  10. 一種發光二極體基板，其中該基板係為一種奈米圖案化基板，該基板之圖案包括有彼此間隔的複數凸部及複數凹部，其中每一凹部的深度大於兩相鄰凸部頂端之間的距離，且該些凹部之深度為1μm以上。
  11. 如請求項10所述之發光二極體基板，其中該些凹部的間距為400~800nm。
  12. 一種發光二極體結構，包括：一如請求項10或11所述之發光二極體基板；以及 一發光多層結構堆疊於該發光二極體基板上。
  13. 如請求項12所述之發光二極體結構，其中該發光多層結構包括一P型半導體、一發光層及一N型半導體。
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