TWI527265B

TWI527265B - 適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法

Info

Publication number: TWI527265B
Application number: TW102138875A
Authority: TW
Inventors: 羅信明
Original assignee: 兆鑫光電科技股份有限公司
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2016-03-21
Also published as: TW201517306A

Description

適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法

本發明係有關於一種適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法，尤其是指一種適用於發光二極體之改良型基板，可藉由基板表面的透光錐以及Ⅲ族氮化物層之結構，具有方便出貨之優點，以及有效達到提升發光二極體之光萃取效率與降低後續發光二極體製程之成本者。

近年來，Ⅲ族氮化物(Ⅲ-Nitride)高亮度發光二極體(High Brightness Light Emission Diode，簡稱HB-LED)的應用面日趨廣泛而深獲廣大重視，目前已廣泛應用於交通號誌、液晶顯示器背光源，以及各種照明等，是日常生活中不可缺的重要元件；由於其具有元件體積小、無汞汙染、發光效率高，以及壽命長等優點，尤其發光波長幾乎涵蓋了可見光的範圍，使其成為極具發展潛力的發光二極體材料。

一般傳統的Ⅲ族氮化物發光二極體結構，係於基板上依序形成一n型半導體層、一主動發光層(Active Layer)，以及一p型半導體層，且為了提高元件之電流散佈效果，以及提高光萃取效率，一般於p型半導體層上會設置一透明導電層，例如銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)；最後，再於p型半導體層與n型半導體層上分別設置有一p型電極墊與一n型電極墊，且p型電極墊與n型電極墊係分別以歐姆接觸於p型半導體層與n型半導體層上，而在理想的發光二極體中，當主動發光層內的載子複合成光子後，這些光子若能全部輻射至外界，則該發光二極體的發光效率即為100%，然而，發光二極體於實際實施時，主動發光層所產生的光子可能會因為各種損耗機制，而無法以100%的發光效率傳播到外解。

舉例而言，一氮化鎵發光二極體(GaN LED)是以磊晶(Epitaxial)方式生長在藍寶石基板(Sapphire Substrate)上，由於磊晶氮化鎵與底部藍寶石基板的晶格常數(Lattice Constant)及熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)相差極大，因此會引發錯位差排(Misfit Dislocation)，部分錯位差排更會延伸至晶體表面，而被稱之為貫穿式差排(Thread Dislocation)，其值可達10⁸~10¹⁰/cm²，此種高密度差排將導致主動發光層之晶體品質不佳，因而降低GaN LED的內部量子效率，進而降低其發光亮度並產生熱，使GaN LED的溫度上升，影響發光效率；因此，上述發光二極體存在諸多因素，例如：電流壅塞(Current Crowding)或差排缺陷(Dislocation)等，進而影響其發光效率；理論上，發光二極體之發光效率係取決於外部量子效率、內部量子效率，以及光之萃取效率；所謂內部量子效率係由材料特性以及材料品質所決定，至於光萃取效率則是從元件內部發出至周圍空氣的輻射比例，光萃取效率係取決於當輻射離開元件內部時所發生的損耗，造成上述損耗的主要原因之一係由於形成元件表面層的半導體材料具有高折射係數，導致光在該材料表面產生全內反射(Total Internal Reflection)而無法發射出去，例如對高折射係數的半導體而言，其臨界角都非常小，當折射係數為3.3時，其全內反射角則約只有17度，所以大部分從主動發光層所發射的光線，將被侷限(Trapped)於半導體內部；若是光萃取效率能夠提昇，則半導體發光元件的外部量子效率亦隨之提昇；因此，針對提升內部量子效率以及光萃取效率，近幾年已發展出許多技術，例如使用銦錫氧化物(ITO)當電流傳輸層、採用覆晶結構(Flip-chip)、利用圖形化的藍寶石基板(Pattern Sapphire Substrate，簡稱PSS)，以及使用電流阻擋層(Current Block Layer，簡稱CBL)等。

再者，傳統之發光二極體成膜製程大多使用有機金屬化學氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱MOCVD)與分子束磊晶法(Molecular Beam Epitoxy，簡稱MBE)製備完成，然該等方法皆消耗大量製程時間於厚膜之沉積上，無法有效減低發光二極體製程之成本，使得欲有效達到減少貫穿式差排導致的主動發光層之晶體品質不佳，以及有效減低發光二極體之成膜製程的時間與成本，仍是發光二極體之系統開發業者與研究人員需持續努力克服與解決之課題。

今，發明人即是鑑於上述之發光二極體元件因存在有主動發光層之晶體品質不佳與後續發光二極體磊晶成本過高等諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的係為提供一種適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法，尤其是指一種適用於發光二極體之改良型基板，可藉由基板表面的透光錐以及Ⅲ族氮化物層之結構，具有方便出貨之優點，以及有效達到提升發光二極體之光萃取效率與降低後續發光二極體製程之成本。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種適用於發光二極體之圖形化基板，其包括有一基板、一Ⅲ族氮化物薄膜，以及一Ⅲ族氮化物層；基板係具有一基材，以及複數個由基材表面向上突起且彼此不連接之錐狀體；Ⅲ族氮化物薄膜係以蒸鍍或濺鍍方式對應被覆於錐狀體上；Ⅲ族氮化物層係以氫化物氣相磊晶方式(Hydride Vapor Phase Epitaxy，簡稱HVPE)沉積於Ⅲ族氮化物薄膜上。

在本發明的一個實施例中，其中錐狀體係由透光性佳且折射率低於基材之材料所組成，該材料係選自氧化矽、氮氧化矽，以及氟化鎂所構成群組中的一種材料而形成。

在本發明的一個實施例中，其中錐狀體亦可為與基材相同之材料所組成，該材料係選自藍寶石、碳化矽、矽、砷化鎵、氧化鋅，以及具有六方體系結晶材料所構成群組中的一種材料而形成。

在本發明的一個實施例中，其中錐狀體之材料耐熱溫度係不小於1000℃。

在本發明的一個實施例中，其中錐狀體係具有一與基材表面連接之底面，以及一由底面至錐狀體頂部的高度，其中該高度與該底面之最大寬度的比值係不小於0.6。

在本發明的一個實施例中，其中錐狀體係成週期性分佈，兩兩相鄰之錐狀體具有相同之間距，且該間距係不大於1微米(micrometer)。

在本發明的一個實施例中，其中Ⅲ族氮化物薄膜之材料係選自氮化鋁，以及氮化鎵所構成群組中的一種材料而形成，其厚度係介於100埃(Angstron)~1000埃。

在本發明的一個實施例中，其中Ⅲ族氮化物層亦選自氮化鋁，以及氮化鎵所構成群組中的一種材料而形成，其厚度係介於0.5微米~15微米之間。

此外，為了達到適用於發光二極體之圖形化基板之實施目的，本發明人乃研擬如下實施技術，首先，於一基材上形成一光阻層；其次，使用光微影製程，於光阻層顯影出一遮罩圖案；再者，以遮罩圖案為遮罩，使用乾式蝕刻製程於對應遮罩圖案之基材表面形成複數個彼此間隔之錐狀體；之後，使用光阻去除法移除該遮罩圖案之光阻層；接續，以蒸鍍或濺鍍方式將一Ⅲ族氮化物薄膜對應被覆於錐狀體上；再者，使用高溫回火製程加熱；最後，以氫化物氣相磊晶方式將一Ⅲ族氮化物層沉積於Ⅲ族氮化物薄膜上，以完成適用於發光二極體之圖形化基板製作方法。

在本發明的一個實施例中，其中於步驟一形成光阻層之前，可進一步於基材表面形成一透光層，其中透光層係由折射率低於基材之透光性材料所構成。

在本發明的一個實施例中，其中Ⅲ族氮化物薄膜係利用電子鎗真空蒸鍍法或濺鍍法對應被覆於錐狀體上，該電子鎗真空蒸鍍法係以氮氣電漿撞擊Ⅲ族元素之靶材，以不低於600℃之溫度，使Ⅲ族氮化物粒子以濺射方式均勻被覆於錐狀體上，Ⅲ族氮化物薄膜之厚度係介於100埃~1000埃。

在本發明的一個實施例中，其中該高溫回火(Anneal)製程係使用快速高溫處理(Rapid Thermal Processing，簡稱RTP)與高溫爐管(Furnace)製程其中之一種方式，以不低於1000℃之溫度修正該Ⅲ族氮化物薄膜之性質與製程結果。

本發明的一個實施例中，其中以氫化物氣相磊晶方式製備之Ⅲ族氮化物層厚度係介於0.5微米~15微米之間。

藉此，本發明係藉由氫化物氣相磊晶方式製備的Ⅲ族氮化物層，做為後續發光二極體的n型半導體層，具有方便出貨之優點，依氫化物氣相磊晶法之高度沉積速率，與現有下游之發光二極體成膜製程所使用的MOCVD與MBE沉積法相較，有效減少生產成本與製程時間，可提升每月產能達25%；此外，本發明亦藉由氫化物氣相磊晶方式製備之高品質、高均勻度與線性缺陷密度低的Ⅲ族氮化物層，提供做為後續發光二極體的n型半導體層，依氫化物氣相磊晶法製備之低缺陷密度薄膜，有效提升發光二極體之光萃取效率；再者，本發明藉由在基材表面形成複數個呈圓錐狀之錐狀體，以達到基材表面之非平整性來降低後續製備的發光二極體之主動發光層出光的全反射角，亦可藉由折射率低於基材之透明性薄膜形成之錐狀體，基於折射率之差異使發光二極體發出的光線於接觸到這些錐狀體與基材時，經由二次折射及反射作用，有效提升發光二極體的光萃取效率，此與習知之經由蝕刻基板得到具粗化結構之磊晶基板製得的發光二極體的光萃取效率相較，本發明具有透光錐之發光二極體之光萃取效率可提升約20%；後續，本發明之錐狀體係經由非等向性的乾式蝕刻製程蝕刻基材本身或基材上之透明性薄膜所製得，具有製程簡便，且更容易控制錐狀體之尺寸、密度與均勻度，有效提升發光二極體的出光均勻性；最後，本發明藉由Ⅲ族氮化物薄膜改善傳統基材和後續發光二極體之磊晶膜間因晶格不匹配所產生的錯位差排之現象，可有效降低其差排密度，以避免應力之累積與差排錯位等異常現象，有效增加後續磊晶製程之良率，且具有Ⅲ族氮化物薄膜與透光錐組合之發光二極體，其光萃取效率與僅具有透光錐之發光二極體約可提升15%~20%。

(1)‧‧‧基板

(11)‧‧‧基材

(12)‧‧‧錐狀體

(121)‧‧‧底面

(122)‧‧‧高度

(100)‧‧‧透光層

(2)‧‧‧Ⅲ族氮化物薄膜

(3)‧‧‧Ⅲ族氮化物層

(4)‧‧‧光阻層

(41)‧‧‧遮罩圖案

(S1)‧‧‧步驟一

(S2)‧‧‧步驟二

(S3)‧‧‧步驟三

(S4)‧‧‧步驟四

(S5)‧‧‧步驟五

(S6)‧‧‧步驟六

(S7)‧‧‧步驟七

(W)‧‧‧寬度

(H)‧‧‧高度

(S)‧‧‧間距

(P)‧‧‧節距

第一圖：本發明適用於發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例之圖形化基板剖面示意圖

第二圖：本發明適用於發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例之錐狀體放大示意圖

第三圖(A)、(B)：本發明適用於發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例Ⅲ族氮化物薄膜之掃描式電子顯微鏡照片比較圖

第四圖：本發明適用於發光二極體之圖形化基板製造方法之步驟流程圖

第五圖：本發明適用於發光二極體之圖形化基板製造方法之第一較佳實施例之步驟流程示意圖

第六圖：本發明適用於發光二極體之圖形化基板製造方法之第二較佳實施例之步驟流程示意圖

本發明之目的及其結構設計功能上的優點，將依據以下圖面所示之較佳實施例予以說明並清楚呈現，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，在以下實施例的描述中，應當理解當指出一層(或膜)或一結構配置在另一個基板、另一層(或膜)、或另一結構「上」或「下」時，其可「直接」位於其他基板、層(或膜)、或另一結構，亦或者兩者間具有一個以上的中間層以「間接」方式配置，審查委員可參照附圖說明每一層所在位置。

請參閱第一圖所示，為本發明適用於發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例之圖形化基板剖面示意圖，係包括有：一基板(1)，係具有一基材(11)，以及複數個由基材(11)表面向上突起且彼此不連接之錐狀體(12)；一Ⅲ族氮化物薄膜(2)，係以蒸鍍或濺鍍方式對應被覆於錐狀體(12)上；以及一Ⅲ族氮化物層(3)，係以氫化物氣相磊晶方式(HVPE)沉積於Ⅲ族氮化物薄膜(2)上。

此外，錐狀體(12)係由透光性佳且折射率低於基材(11)之材料所組成，該材料係選自氧化矽(SiO_x)、氮氧化矽(SiON_x)，以及氟化鎂(MgF₂)所構成群組中的一種材料而形成；值得注意的是，當基材(11)由較佳實施例之藍寶石所形成，且錐狀體(12)係以不同於基材(11)之材質形成，例如錐狀體(12)較佳材料為透光性佳之二氧化矽(SiO₂)所形成時，其基材(11)與錐狀體(12)之接觸面可能形成有孔洞(Void)結構，藉由如此之結構，能增加光之散射程度，進而提升發光二極體元件之光萃取效率。

再者，錐狀體(12)亦可為與基材(11)相同之材料所組成，該材料係選自藍寶石(Sapphire，Al₂O₃)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)，以及具有六方體系(Hexagonal)結晶材料所構成群組中的一種材料而形成。

請參閱第二圖所示，為本發明適用於發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例之錐狀體放大示意圖，其中錐狀體(12)之材料耐熱溫度係不小於1000℃，以承受後續發光二極體成膜製程中的薄膜沉積之高溫；錐狀體(12)係具有一與基材(11)的表面連接之底面(121)，底面(121)係具有一寬度W，以及一由底面(121)至錐狀體(12)頂部的高度(122)，係標示為H，當錐狀體(12)之高度(122)與底面(121)寬度比值過小時，即因錐狀體(12)之高度(122)不足而使光線接觸錐狀體(12)的入射角過大而降低光的萃取效率，因此，本發明較佳實施例之設計為錐狀體(12)之高度(122)與底面(121)之最大寬度的比值(H/W)為不小於0.6，最佳之比值為介於0.61~0.65之間，因此，可藉由控制錐狀體(12)呈圓錐狀的設計更容易改變光線於接觸錐狀體(12)後的行進路線，進而提升發光二極體之光萃取效率，其主要係讓來自發光二極體之主動發光層(圖示未標示)發出，朝向基材(11)行進的光，在接觸錐狀體(12)及基材(11)後，可經由二次折射及反射後實質向外發出，有效提升發光二極體之光萃取效率，此與習知之經由蝕刻基板得到具粗化結構之磊晶基板製得的發光二極體的光萃取效率相較，本發明具有透光錐之發光二極體之光萃取效率可提升約20%；再者，兩兩相鄰之錐狀體(12)彼此不連接並成週期性分佈，藉由錐狀體(12)彼此的間距調整，可使基材(11)於單位面積內具有較大的錐狀體(12)密度，而達到更佳的反射與折射效果，本發明較佳實施例之兩相鄰的錐狀體(12)間距S係不大於1微米，而兩兩錐狀體(12)頂部之距離具有相同之節距P(Pitch)為3微米，然而必須注意的是，上述錐狀體(12)之節距3微米是為說明方便起見之較佳實施例，而非以本例所舉為限，且熟此技藝者當知道本發明之錐狀體(12)節距可以因太陽能電池之特性與製程條件不同而有不同的節距範圍，並不會影響本發明的實際實施。

此外，Ⅲ族氮化物薄膜(2)係選自氮化鋁(AlN)，以及氮化鎵(GaN)所構成群組中的一種材料而形成，本發明Ⅲ族氮化物薄膜(2)之較佳實施例係為氮化鋁之薄膜，若氮化鋁之厚度小於100埃，則氮化鋁會呈顆粒狀而無法形成有效的薄膜，倘若氮化鋁之厚度大於1000埃，則在後續之發光二極體成膜製程中會造成爆裂(crack)情形產生，因此，在本發明之較佳實施例中，Ⅲ族氮化物薄膜(2)之最佳厚度係介於100埃~1000埃；再者，請參閱第三圖(A)、(B)所示，為本發明發光二極體之圖形化基板其一較佳實施例之Ⅲ族氮化物薄膜掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)照片比較圖，其中本發明Ⅲ族氮化物薄膜(2)之較佳實施例係為氮化鋁(AlN)之薄膜，錐狀體(12)之較佳實施例係為二氧化矽(SiO₂)，本發明Ⅲ族氮化物薄膜(2)之較佳實施例係為氮化鋁(AlN)之薄膜，而Ⅲ族氮化物層(3)之較佳實施例係為氮化鎵(GaN)，第三圖(A)為傳統不具Ⅲ族氮化物薄膜(2)氮化鋁之發光二極體局部SEM照片，第三圖(B)則為本發明具有之Ⅲ族氮化物薄膜(2)氮化鋁之發光二極體局部SEM照片，由錐狀體(12)與氮化鎵間的介面顯示，具有氮化鋁薄膜結構的發光二極體有較平整而緻密的介面特性，可有效提升發光二極體之光萃取效率，因此，以本發明具有Ⅲ族氮化物薄膜(2)與錐狀體(12)所組成之發光二極體，與僅具有錐狀體(12)之發光二極體相較，其光之萃取效率約可提升15%~20%。

再者，Ⅲ族氮化物層(3)係選自氮化鋁(AlN)，以及氮化鎵(GaN)所構成群組中的一種材料而形成，本發明Ⅲ族氮化物層(3)之較佳實施例係以氫化物氣相磊晶方式(HVPE)製備之氮化鎵層，其中氫化物氣相磊晶方式即是製造進階的氮化鎵和氮化鋁鎵等材料，係從1960年代開始發展的技術，是第一個用於製造單晶氮化鎵的磊晶法，由於其具有比傳統有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)與分子束磊晶法(MBE)快約4倍的薄膜成長率，使得較厚的氮化鎵層與獨立式的氮化鎵晶圓能夠順利製造出來，較厚氮化鎵層之所以重要，是因為氮化鎵的缺陷密度會隨著厚度的增加而大量的減少，再者，HVPE技術亦具有原始材料、沈積製程，以及重要設備等方面的成本較低之優點，於發光應用領域的專利應用，可與現有利用MOCVD和MBE製程生產的發光二極體一較高下；除了較低的製造成本之外，HVPE在生產較短波長的發光二極體也有其本身的優點，首先可以讓氮化鋁鎵層在混入高比率的鋁料生長時，有較低的缺陷密度，且不會嚴重降低單晶品質；此外，HVPE成膜有較高的輻射結合率，可滿足高效能紫外光發光二極體高強度需求的必要特性；再者，HVPE製程是一種「無碳技術」，因為使用磊晶法成長的氣態氫氯化物會產生雜質自我清除的效果，可有效降低背景材質的污染，以及在摻雜上有較好的效能；HVPE技術的高沉積率，與現有利用MOCVD和MBE製程相較可以得到較佳也較短的製程時間，在量產上之成本亦是一項重要考量；本發明以HVPE製備的高品質、高均勻度與線性缺陷密度低的氮化鎵，其最佳厚度係介於0.5微米~15微米之間，可提供做為後續發光二極體的n型半導體層，依氫化物氣相磊晶法製備之低缺陷密度薄膜，亦可有效提升發光二極體之光萃取效率；再者，本發明以HVPE製備的Ⅲ族氮化物層(3)做為後續發光二極體的n型半導體層具有方便出貨之優點，依氫化物氣相磊晶法之高度沉積速率，與現有下游之發光二極體成膜製程所使用的MOCVD與MBE沉積法相較，有效減少生產成本與製程時間，可提升每月產能達25%。

而為使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解，請參閱第四、五圖所示，為本發明適用於發光二極體之圖形化基板製造方法之步驟流程圖與第一實施例之步驟流程示意圖，係包括有下述步驟：步驟一(S1)：於一基材(11)上形成一光阻層(4)，其中光阻層(4)係可依製程之需求選自正型光阻或負型光阻材料等其中之一種；步驟二(S2)：使用光微影製程，於光阻層(4)顯影出一遮罩圖案(41)；其中，光微影製程係配合使用一具有預設圖案之光罩(400)，以微影製程方式將光阻層(4)預定部分移除，使殘餘的光阻層(4)形成一遮罩圖案(41)，致使無光阻層(4)覆蓋的基材(11)裸露出；步驟三(S3)：以遮罩圖案(41)為遮罩，使用乾式蝕刻製程於對應遮罩圖案(41)之基材(11)表面形成複數個彼此間隔之錐狀體(12)；其中乾式蝕刻係為射頻功率介於200瓦~400瓦之間，以含氟的氣體，例如四氟化碳(CF₄)、六氟化硫(SF₆)，以及三氟甲烷(CHF₃)等，以非等向性蝕刻之特性於對應遮罩圖案(41)之基材(11)表面進行蝕刻，使之形成複數個呈圓錐狀的錐狀體(12)；步驟四(S4)：使用光阻去除法移除該遮罩圖案(41)之光阻層(4)；步驟五(S5)：以蒸鍍或濺鍍方式將一Ⅲ族氮化物薄膜(2)對應被覆於錐狀體(12)上；步驟六(S6)：使用高溫回火製程加熱；以及步驟七(S7)：以氫化物氣相磊晶方式將一Ⅲ族氮化物層(3)沉積於Ⅲ族氮化物薄膜(2)上，以完成該適用於發光二極體之圖形化基板製作方法。

此外，請參閱第六圖所示，為本發明適用於發光二極體之圖形化基板製造方法之第二較佳實施例之步驟流程示意圖，係於步驟一(S1)形成光阻層(4)之前，可進一步於基材(11)表面形成一透光層(100)，其中透光層(100)係由折射率低於基材(11)之透光性材料所構成，又為了配合後續發光二極體的成膜高溫製程，透光層(100)較佳係選自耐熱性不小於1000℃的材料，可例如為氧化矽(SiO_x)、氮氧化矽(SiON_x)，以及氟化鎂(MgF₂)所構成群組中的一種材料而形成；後續可依第一實施例之製程步驟，以製備具有與基材(11)不同材質的錐狀體(12)之適用於發光二極體之圖形化基板。

此外，Ⅲ族氮化物薄膜(2)係利用電子鎗真空蒸鍍法或濺鍍法形成於錐狀體(12)上，其中電子鎗真空蒸鍍法係以氮氣電漿撞擊Ⅲ族元素之靶材，以不低於600℃之溫度，使Ⅲ族氮化物粒子以濺射方式被覆於錐狀體(12)上；本發明之較佳實施例係使用電子鎗真空蒸鍍法在以二氧化矽組成的錐狀體(12)上沉積100埃~1000埃之氮化鋁薄膜，因為使用電子鎗真空蒸鍍法可使氮化鋁薄膜均勻而完整覆蓋於錐狀體(12)上，本發明係藉由薄型的Ⅲ族氮化物薄膜(2)，以緩衝錐狀體(12)與後續發光二極體之成膜製程中n型半導體層之晶格差異，有效降低其差排密度，以避免應力之累積與差排錯位(Misfit Dislocation)等異常現象，有效增加後續磊晶製程之良率；此外，上述說明內容提及錐狀體(12)之間距S係不大於1微米，在本發明之較佳實施例中，兩兩錐狀體(12)之節距P為3微米，當錐狀體(12)之寬度為2.8微米~2.9微米時，該間距S則為0.2微米~0.1微米，因此，本發明使用電子鎗真空蒸鍍法蒸鍍之Ⅲ族氮化物薄膜(2)具有良好的填洞能力(Gap Filling Ability)，可有效填入錐狀體(12)之極小間距，以提升光之萃取效率，然而必須注意的是，上述錐狀體(12)之節距3微米是為說明方便起見之較佳實施例，而非以本例所舉為限，且熟此技藝者當知道本發明之錐狀體(12)節距可以因太陽能電池之特性與製程條件不同而有不同的節距範圍，並不會影響本發明的實際實施。

再者，該高溫回火製程係可使用快速高溫處理與高溫爐管製程其中之一種方式，以不低於1000℃之溫度修正由電子鎗真空蒸鍍法蒸鍍或濺鍍方式製備之Ⅲ族氮化物薄膜(2)之薄膜性質與製程結果。

此外，Ⅲ族氮化物層(3)係以HVPE製備的高品質、高均勻度與線性缺陷密度低的厚膜，其最佳厚度係介於0.5微米~15微米之間，可提供做為後續發光二極體的n型半導體層，依氫化物氣相磊晶法之高度沉積速率，與現有下游之發光二極體成膜製程所使用的MOCVD與MBE沉積法相較，有效減少生產成本與製程時間，可提升每月產能達25%，亦可有效提升發光二極體之光萃取效率。

由上述之實施說明可知，本發明之適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法與現有技術相較之下，本發明具有以下優點：

1.本發明適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法係藉由氫化物氣相磊晶方式製備的Ⅲ族氮化物層，做為後續發光二極體的n型半導體層，具有方便出貨之優點，依氫化物氣相磊晶法之高度沉積速率，與現有下游之發光二極體成膜製程所使用的MOCVD與MBE沉積法相較，有效減少生產成本與製程時間，可提升每月產能達25%。

2.本發明適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法係藉由氫化物氣相磊晶方式製備之高品質、高均勻度與線性缺陷密度低的Ⅲ族氮化物層，提供做為後續發光二極體的n型半導體層，依氫化物氣相磊晶法製備之低缺陷密度薄膜，有效提升發光二極體之光萃取效率。

3.本發明適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法係藉由在基材表面形成複數個呈圓錐狀之錐狀體，以達到基材表面之非平整性來降低後續製備的發光二極體之主動發光層出光的全反射角，亦可藉由折射率低於基材之透明性薄膜形成之錐狀體，基於折射率之差異使發光二極體發出的光線於接觸到這些錐狀體與基材時，經由二次折射及反射作用，有效提升發光二極體的光萃取效率，此與習知之經由蝕刻基板得到具粗化結構之磊晶基板製得的發光二極體的光萃取效率相較，本發明具有透光錐之發光二極體之光萃取效率可提升約20%。

4.本發明適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法之錐狀體係經由非等向性的乾式蝕刻製程蝕刻基材本身或基材上之透明性薄膜所製得，具有製程簡便，且更容易控制錐狀體之尺寸、密度與均勻度，有效提升發光二極體的出光均勻性。

5.本發明適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法係藉由Ⅲ族氮化物薄膜改善傳統基材和後續發光二極體之磊晶膜間因晶格不匹配所產生的錯位差排之現象，可有效降低其差排密度，以避免應力之累積與差排錯位等異常現象產生，有效增加後續磊晶製程之良率，且具有Ⅲ族氮化物薄膜與透光錐組合之發光二極體，其光萃取效率與僅具有透光錐之發光二極體約可提升15%~20%。

綜上所述，本發明之適用於發光二極體之圖形化基板及其製造方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)‧‧‧基板

(11)‧‧‧基材

(12)‧‧‧錐狀體

(2)‧‧‧Ⅲ族氮化物薄膜

(3)‧‧‧Ⅲ族氮化物層

Claims

一種適用於發光二極體之圖形化基板，係至少包括有：一基板，係具有一基材，以及複數個由該基材表面向上突起且彼此不連接之錐狀體；一Ⅲ族氮化物薄膜，係以蒸鍍或濺鍍方式對應被覆於該錐狀體上；以及一Ⅲ族氮化物層，係以氫化物氣相磊晶方式沉積於該Ⅲ族氮化物薄膜上。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該錐狀體係由透光性佳且折射率低於該基材之材料所組成，該材料係選自氧化矽、氮氧化矽，以及氟化鎂之所構成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該錐狀體係為與該基材相同之材料所組成，該材料係選自藍寶石、碳化矽、矽、砷化鎵、氧化鋅，以及具有六方體系結晶材料所構成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該錐狀體之材料耐熱溫度係不小於1000℃。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該錐狀體係具有一與該基材的表面連接之底面，以及一由該底面至該錐狀體頂部的高度，其中該高度與該底面之最大寬度的比值係不小於0.6。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該錐狀體係成週期性分佈，兩兩相鄰之錐狀體具有相同之間距，且該間距係不大於1微米。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該Ⅲ族氮化物薄膜係選自氮化鋁，以及氮化鎵所構成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該Ⅲ族氮化物薄膜厚度係介於100埃~1000埃。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該Ⅲ族氮化物層係選自氮化鋁，以及氮化鎵所構成之群組。
如申請專利範圍第1項所述之適用於發光二極體之圖形化基板，其中該Ⅲ族氮化物層之厚度係介於0.5微米~15微米之間。
一種適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其步驟包括有：步驟一：於一基材上形成一光阻層，步驟二：使用光微影製程，於該光阻層顯影出一遮罩圖案；步驟三：以該遮罩圖案為遮罩，使用乾式蝕刻製程於對應該遮罩圖案之基材表面形成複數個彼此間隔之錐狀體；步驟四：使用光阻去除法移除該遮罩圖案之光阻層；步驟五：以蒸鍍或濺鍍方式將一Ⅲ族氮化物薄膜對應被覆於該錐狀體上；步驟六：使用高溫回火製程加熱；以及步驟七：以氫化物氣相磊晶方式將一Ⅲ族氮化物層沉積於該Ⅲ族氮化物薄膜上，以完成該適用於發光二極體之圖形化基板製作方法。
如申請專利範圍第11項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中於該步驟一形成光阻層之前，進一步於該基材表面形成一透光層，其中該透光層係由折射率低於該基材之透光性材料所構成。
如申請專利範圍第11項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中該Ⅲ族氮化物薄膜係利用電子鎗真空蒸鍍法或濺鍍法對應被覆於該錐狀體上。
如申請專利範圍第13項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中該電子鎗真空蒸鍍法係以氮氣電漿撞擊Ⅲ族元素之靶材，以不低於600℃之溫度，使Ⅲ族氮化物粒子以濺射方式均勻被覆於該錐狀體上。
如申請專利範圍第11項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中該Ⅲ族氮化物薄膜之厚度係介於100埃~1000埃。
如申請專利範圍第11項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中該高溫回火製程係使用快速高溫處理與高溫爐管其中之一，以不低於1000℃之溫度修正該Ⅲ族氮化物薄膜之性質與製程結果。
如申請專利範圍第11項所述之適用於發光二極體之圖形化基板製作方法，其中該Ⅲ族氮化物層厚度係介於0.5微米~15微米之間。