发光二极管基板的图形化微结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种发光二极管基板的图形化微结构，尤其是指一种成形于发光二极管的基板上的图形化微结构，通过最佳化位于发光二极管的基板上呈周期性且交错排列的图形化微结构的尺寸，有效达到发光二极管的光萃取效率的提升者。
【背景技术】
[0002]按，发光二极管(light emitting d1de，LED)与传统白炽光源比较，具有省电、体积小、低电压驱动、不含汞、无热辐射、操作反应速度快，以及寿命长等优点，发光二极管是次世代节能照明的最佳光源，已经广泛应用在家庭用品指示灯、液晶显示器的背光源、图文显示幕或汽车第三刹车灯等照明领域，其中包括谐振腔发光二极管(resonant-cavitylight emitting d1de，RCLED)、垂直腔雷射二极体(vertical-cavity surface-emittingd1de，VCSED)，以及边射型雷射(edge emitting laser)的半导体发光装置皆属当前可用的有效发光元件。
[0003]以一般传统以三族氮化物作为磊晶结构的发光二极管为例，主要于一基板上依序堆叠包含有一 η型半导体层、一发光结构层，以及一 P型半导体层，且为了提高元件的电流散布效果与提高光萃取效率，一般在P型半导体层上会设置一透明导电层，可例如铟锡氧化物(ITO)等；最后，再于P型半导体层与η型半导体层上分别设置有一 P型电极与一 η型电极，且P型电极与η型电极分别以欧姆接触的方式配置于P型半导体层与η型半导体层上；在理想的发光二极管中，当发光结构层内的载子复合成光子后，这些光子若能全部辐射至外界，则发光二极管的发光效率为100% ;然而于实际实施时，发光结构层所产生的光子可能会因为各种损耗机制，而无法以100%的发光效率传播到外界；举例而言，发光二极管会由于基板和磊晶膜间晶格的不匹配所产生的应变而引发错位差排(misfitdislocat1n)的缺陷，且部分错位差排的缺陷还会延伸至晶体表面，而称之为贯穿式差排(threading dislocat1n)缺陷；例如蓝宝石基板与氮化镓薄膜间约有16%的晶格错配量，容易造成生长在氧化铝基板上的氮化镓薄膜缺陷密度很高，导致发光结构层的晶体品质不佳，因而降低发光二极管的内部量子效率，进而降低其发光亮度并产生热，而使发光二极管的温度上升，从而影响发光效率；为了有效提升发光二极管的发光效率，本发明人之一曾于2012年4月24日申请中国台湾省专利公开号第201345003号的“发光角度收敛的图案化基材及发光二极管元件”，即揭示一种通过基板表面的复数个条状体改变光的行进方向并收敛出光角度，以增加光的指向性并提升发光二极管元件的出光效率者，主要也是通过基板表面的复数个条状体改善传统基板和磊晶膜间晶格的不匹配所产生的错位差排现象，同时亦可将于η型半导体层与P型半导体层之间横向传递的光线导为正向光，以使光线正向射出发光二极管元件，并将出光角度收敛至100度?110度，不仅具有较佳的指向性，且可避免射出的光线被邻近的发光二极管元件吸收，进而可大幅提升出光效率；然而，经过本发明人多次的实验与研究，位于基板上的复数个条状体所构成的图形化结构的尺寸与成型的结构并未达到提升发光效率的最佳化，因此本发明人认为在发光二极管的发光效率上仍有调整与进步的空间。
【发明内容】
[0004]今，发明人即是鉴于上述的发光角度收敛的图案化基材及发光二极管元件的发明案存在因基板图形化结构与尺寸未达最佳化而所造成发光二极管的发光效率不彰等诸多缺失，于是乃一本孜孜不倦的精神，并通过其丰富的专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本发明。
[0005]本发明主要目的为提供一种发光二极管基板的图形化微结构，尤其是指一种成形于发光二极管的基板上的图形化微结构，通过最佳化位于发光二极管的基板上呈周期性且交错排列的图形化微结构的尺寸，有效达到发光二极管的光萃取效率的提升。
[0006]为了达到上述实施目的，本发明人提出一种发光二极管基板的图形化微结构，基板具有复数个阵列排列的图形化微结构，每一图形化微结构包括有一底面及一侧面，侧面相邻底面且与底面夹有一 Θ角，0° <θ〈90°，其中底面的长度介于2.5微米?2.8微米之间，而侧面远离底面之一端渐缩成一交点，交点距离底面的高度介于1.5微米?1.9微米之间。
[0007]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中图形化微结构呈周期性排列，且在同一列的两两图形化微结构间具有相同的距离。
[0008]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中图形化微结构以交错状配置。
[0009]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中距离介于0.2微米?0.5微米之间。
[0010]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中底面呈圆形、三角形、四角形或六角形等其中的一种态样。
[0011]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中图形化微结构为圆锥结构或角锥结构其中的一种态样。
[0012]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中图形化微结构以一体成形、模制成型或印压成型等其中的一种制程方式形成于基板上。
[0013]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中基板选自蓝宝石(Sapphire，A1203)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)，以及具有六方体(Hexagonal)结晶材料所构成的群组。
[0014]如上所述的发光二极管基板的图形化微结构，其中图形化微结构选自蓝宝石(Sapphire，A1203)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)，以及具有六方体(Hexagonal)结晶材料所构成的群组。
[0015]本发明另提出一种发光二极管元件，至少包括有一具有如上述的图形化微结构的基板、一以三族氮化物半导体材料磊晶形成于该图形化微结构上的磊晶层，以及二相配合地提供电能的电极，其中磊晶层具有一形成于具有图形化微结构的基板上的η型半导体层、一形成于η型半导体层上的主动发光层，以及一形成于主动发光层上的P型半导体层；而二电极分别为一以欧姆接触形成于P型半导体层上的P型电极，以及一以欧姆接触形成于η型半导体层上的η型电极，而P型半导体层与P型电极间形成有一透明导电层。
[0016]借此，本发明的发光二极管基板的图形化微结构通过在发光二极管的基板表面形成复数个呈圆锥体状的微结构，有效以基板表面的非平整性来降低后续制备的发光二极管元件的主动发光层出光的全反射角，使发光二极管元件的主动发光层所发射出的光线于接触这些图形化微结构与基板时，可经由二次折射与反射作用，有效提升发光二极管的光萃取效率；此外，本发明的发光二极管基板的图形化微结构通过最佳化位于发光二极管的基板上呈周期性且交错排列的图形化微结构的尺寸与组成方式，且与本发明人的一所申请的发明前案“发光角度收敛的图案化基材及发光二极管元件”的发光二极管元件性能相比较，可有效提升发光二极管元件的光萃取效率达3%以上。
【附图说明】
[0017]图1为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的图形化微结构剖面示意图；
[0018]图2为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的图形化微结构俯视图；
[0019]图3为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的单一图形化微结构示意图；
[0020]图4为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的发光二极管元件结构剖面示意图。
[0021]附图标记说明:
[0022](I)图形化微结构；(11)底面；
[0023](12)侧面；(2)基板；
[0024](3)磊晶层；(31) η型半导体层；
[0025](32)主动发光层；(33) P型半导体层；
[0026](4)电极；(41) P 型电极；
[0027](42) η 型电极；(S)距离；
[0028](H)高度。
【具体实施方式】
[0029]本发明的目的及其结构设计功能上的优点，将依据以下图面所示的较佳实施例予以说明，以使审查委员能对本发明有更深入且具体的了解。
[0030]首先，图1为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的图形化微结构剖面示意图；图2为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的图形化微结构俯视图；图3为本发明发光二极管基板的图形化微结构其一较佳实施例的单一图形化微结