专利名称：发光二极体基板与发光二极体的制作方法
技术领域：
本新型设计是关于一种发光_■极体基板，特别是关于一种具有闻的光萃取效率的发光二极体基板与使用此基板的发光二极体。
ニ背景技术：
发光二极体是ー种由化合物半导体制作而成的发光组件，是通过电子与电洞的结合，实现由电向光的转换。发光二极体属于冷发光，因此具有耗电量低、不需预暖时间、组件寿命长、反应速度快等优点，另外其体积小、耐冲击、适合量产，所以容易配合应用上的需求以制成极小型或数组式组件。为了使发光二极体在未来有更大的应用空间和前景，如何提高发光二极体的发光亮度是目前各界着重研究的项目之一。在理想的发光二极体中，当主动区内载子复合成光子后，这些光子若能全部辐射至外界，那么该发光二极体的发光效率也是百分之百，而实际上主动区所产生的光子会由于各种损耗因素，无法百分之百辐射到外界。目前为提升发光二极体的发光效率，已使用图案化的发光二极体基板，譬如由许多平台结构所构成的发光二极体基板，来散射由发光二极管射出的光线，以降低全反射。
三、发明内容为了克服上述缺陷，本新型设计提供ー种发光二极体基板，具有高的光萃取效率。另外，本新型设计提供ー种发光二极体，具有上述发光二极体基板。本新型设计提出ー种发光二极体基板，包含ー蓝宝石基板，其特征在干，这样的蓝宝石基板包括由多个无转折六角锥体所构成的一表面，且这些无转折六角锥体的周期(pitch)小于IOii m。上述无转折六角锥体的对称剖面具有ー个第一底角以及ー个第二底角，第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之间。在本新型设计的第一实施例中，上述无转折六角锥体的周期约在0.之间。在本新型设计的第一实施例中，上述无转折六角锥体的最大高度在Iiim 2iim之间，较佳是在1.5iim 2iim之间。在本新型设计的第一实施例中，上述无转折六角锥体的顶部可为平面或尖端。在本新型设计的第一实施例中，上述蓝宝石基板的表面包括(0001)面，且(0001)面约占此表面的投影面积的10% 60% ;较佳是占蓝宝石基板的表面的10% 30%。本新型设计另提出ー种发光二极体，包括上述蓝宝石基板、配置在该蓝宝石基板上的ー个第一半导体层、配置在所述第一半导体层上的一发光层、配置在所述发光层上的ー个第二半导体层、与所述第一半导体层接触的ー个第一欧姆电极、以及与所述第二半导体层接触的ー个第二欧姆电极。 在本新型设计的第二实施例中，上述第一半导体层、发光层与第二半导体层包括III-V族系半导体，如氮化镓半导体。[0014]在本新型设计的第二实施例中，上述第一与第二欧姆电极是含自镍、铅、钴、鉄、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钥、钽、银和它们的氧化物、氮化物中的ー种合金或多层膜。在本新型设计的第二实施例中，上述第一与第二欧姆电极是含自铑、铱、银、铝中的ー种合金或多层膜。基于上面所述，本新型设计的结构基本上是以由多个无转折六角锥体所构成的蓝宝石基板作为出光表面，所以能借助无转折六角锥体本身的六个面来増加光的散射，以增进基板的出光效率。
四
图I为依照本新型设计第一实施例中发光二极体基板的立体示意图；图2A为第一实施例中单ー无转折六角锥体的立体示意图；图2B是图2A无转折六角锥体的对称剖面示意图；图3A至图3D为第一实施例中发光二极体基板的制作流程剖面图；图4是依照本本新型设计的第三实施例中发光二极体的剖面示意图；图5是模拟试验中的传统平台结构构成的基板的详细尺寸；图6是模拟试验中的无转折六角锥体所构成的基板之详细尺寸；图7是模拟试验的结果曲线图。另，主要组件符号说明100,300 :蓝宝石基板102,200,308 :无转折六角锥体102a、202 :顶部104 :表面302 :氧化层304 :硬罩幕306:凸型图案400 :第一半导体层402 :发光层404 :第二半导体层406:第一欧姆电极408:第二欧姆电极al、a2:底角h :最大高度p :周期
五具体实施方式
图I是依照本创作的第一实施例中ー种发光二极体基板的立体示意图。在图I中显示ー蓝宝石基板100，这个蓝宝石基板100包括由多个无转折六角锥体102所构成的一表面104。所谓的「无转折六角锥体」是指ー种由六个无转折的面构成的接近三角锥体的结构。这些无转折六角锥体102的周期(pitch)p小于IOy m，较佳是0. I i! m 3 i! m之间。所谓的「周期」是指每一个无转折六角锥体102之间的距离。而无转折六角锥体200的对称剖面具有一第一底角al以及ー第二底角a2，第二底角a2大于第一底角al，且第二底角a2的角度在50度至70度之间，较佳是在55度至65度之间。在本实施例中，无转折六角锥体102的顶部102a为尖端，但是本新型设计并不局限于此，无转折六角锥体102的顶部102a也可以具有平台表面。而在蓝宝石基板100的表面104包括(0001)面(即图I中所示的有点状分布的面)，且(0001)面占此整个表面104的投影面积的10% 60%;较佳是10% 30%。当(0001)面占整个表面104的投影面积高于60%时，可能会导致光输出效率的増益不明显，而当(0001)面占整个表面104的投影面积低于10%时，可能会使磊晶遭遇困难。 图2A显示第一实施例中单ー无转折六角锥体的立体示意图；图2B是图2A无转折六角锥体的对称剖面(B-B线段之剖面)示意图。图2A与图2B中的无转折六角锥体200的最大高度h是与无转折六角锥体200的周期成正比。所谓的「最大高度」是自无转折六角锥体200的顶部202到底部的距离，以本实施例而言,无转折六角锥体200的最大高度在
1ii m 2 ii m之间,较佳是在I. 5 ii m 2 ii m之间。当无转折六角锥体200的最大高度大于
2时，可能会有不易磊晶的情形发生。图中的无转折六角锥体200的顶部202为平面。下面列举ー种制作第一实施例之发光二极体基板的实验例(ExperimentalExample),请參照图3A至图3D的剖面示意图。首先准备ー个蓝宝石基板300，然后，在蓝宝石基板300上镀上ー层氧化层302，如图3A。接着，利用微影蚀刻制程，将氧化层302蚀刻成具有图案的一硬罩幕(HardMask) 304，如图3B。可根据需求利用现有技术来增加硬罩幕304与蓝宝石基板300的附着性，以应付后续的蚀刻步骤，増加抗蚀能力。然后，进行数分钟的湿式蚀刻，此时蓝宝石基板300出现六角锥状数组之凸型图案306，同时硬罩幕304会受蚀刻液影响会逐渐变小，如图3C。最后，完成无转折六角锥体308。如果还有硬罩幕304残留，则需要再进行一次去除硬罩幕的步骤，若如图3D所示已无硬罩幕304，则可停止蚀刻，此时无转折六角锥体308的周期为3 ii m。以上仅为说明制作本新型设计的发光二极体基板的一种实验例，因此上述制程并非用来局限本创作的结构范围，只是为使本新型设计所属技术领域中具有通常知识者明了井能借助现有技术制作出本新型设计的结构。图4是依照本新型设计第三实施例中ー种发光二极体的剖面示意图。图4所示第一实施例中蓝宝石基板100 (图I)、配置在蓝宝石基底100上的ー个第一半导体层400、配置在第一半导体层400上的ー个发光层402、配置在发光层402上的ー个第二半导体层404、接触第一半导体层400的ー个第一欧姆电极406、以及接触第二半导体层404的ー个第ニ欧姆电极408。在本实施例中，第一半导体层400、发光层402与第二半导体层404可为III-V族半导体，如氮化镓半导体。至于第一与第二欧姆电极406和408是含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钥、钽、银及它们的氧化物、氮化物中ー种或多种的合金或多层膜。另外，第一与第二欧姆电极406和408也可以是含自铑、铱、银、铝中ー种合金或多层膜。[0053]为验证以上实施例的发光二极体基板的功效，现做模拟试验以模拟图4的发光二极体在使用不同的发光二极体基板所得到的出光效率(light-emitting efficiency)。模拟试验首先，假设图4的第一半导体层400是n-GaN、发光层402是多重量子井(MQW)结构、第二半导体层404是p-GaN。至于发光二极体基板部份有三种，包括由图5的传统平台结构构成的基板与如第一实施例中由无转折六角锥体所构成的基板(图6)。上述图5的表面结构是经过干蚀刻制程制得。模拟结果显示为图7。从图7可知，对于光之取出率(Light ExtractionEfficiency, LEE)与发光效率而言，图6的基板结构都优于传统平台结构构成的基板。 综上所述，本新型设计的发光二极体基板是由多个无转折六角锥体所构成的蓝宝石基板作为出光表面，能借助无转折六角锥体的六个面来増加光的散射。因此，使用这种发光二极体基板的发光二极体，其出光效率将获得改善。本新型设计并不限于以上所述，本设计的权利保护范围当以本设计的权利要求书中所界定的范围为准。
权利要求1.ー种发光二极体基板，包括ー蓝宝石基板，其特征在于 该蓝宝石基板包括由多个无转折六角锥体所构成的一表面，且这些无转折六角锥体的周期(pitch)小于IOii m，其中各无转折六角锥体的对称剖面具有ー个第一底角和ー个第ニ底角，第二底角大于该第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之间。
2.如权利要求I所述的发光二极体基板，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的周期在0. liim 3iim之间。
3.如权利要求I所述的发光二极体基板，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的最大高度为Ium 2iim之间。
4.如权利要求3所述的发光二极体基板，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的高度较佳为1.5iim 2iim之间。
5.如权利要求I所述的发光二极体基板，其特征在于，其中各无转折六角锥体的顶部为平面或尖端。
6.如权利要求I所述的发光二极体基板，其特征在于，其蓝宝石基板的无转折六角锥体所构成的表面包括(0001)面，且其(0001)面占该表面投影面积的10% 60%之间。
7.如权利要求6所述的发光二极体基板，其特征在于，其中该表面包括(0001)面，且其(0001)面较佳是占该表面投影面积的10% 30%之间。
8.ー种发光二极体，包括 ー蓝宝石基板，包括由多个无转折六角锥体所构成的一表面，且这些无转折六角锥体的周期小于IOii m，其中各无转折六角锥体的对称剖面具有ー个第一底角和ー个第二底角，其第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之间； 该发光二极体有ー个第一半导体层，配置在该蓝宝石基底上； 该发光二极体有ー个发光层，配置在该第一半导体层上； 该发光二极体有ー个第二半导体层，配置在发光层上； 该发光二极体有ー个第一欧姆电极，接触第一半导体层； 该发光二极体有ー个第二欧姆电极，接触第二半导体层。
9.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的周期在0.I u m ~ 3 u m 之间。
10.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的最大高度为Iiim 2iim之间。
11.如权利要求10所述的发光二极体，其特征在于，其中这些无转折六角锥体的高度为较佳I. 5 ii m 2 ii m之间。
12.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其中各无转折六角锥体的顶部为平面或尖。
13.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其中该表面包括(0001)面，且其(0001)面占该表面之投影面积的10% 60%。
14.如权利要求13所述的发光二极体，其特征在于，其中该表面包括(0001)面，且其(0001)面较佳占该表面之投影面积的10% 30%。
15.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其第一半导体层、发光层与该第二半导体层包括III-V族半导体。
16.如权利要求15所述的发光二极体，其特征在于，其III-V族半导体为氮化镓系半导体。
17.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其第一欧姆电极与其第二欧姆电极是含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钥、钽、银和它们的氧化物、氮化物中ー种或多种的合金或多层膜。
18.如权利要求8所述的发光二极体，其特征在于，其第一欧姆电极与其第二欧姆电极是含自铑、铱、银、铝中ー种或多种的合金或多层膜。
专利摘要本新型设计公开一种发光二极体基板，包括一蓝宝石基板，其特征在于这样的蓝宝石基板包括由多个无转折六角锥体所构成的一表面，且这些无转折六角锥体的周期(pitch)小于10μm。上述无转折六角锥体的对称剖面具有一个第一底角以及一个第二底角，第二底角大于第一底角，且第二底角的角度在50度至70度之间。这种发光二极体基板具有高的出光效率。
文档编号H01L33/32GK202395026SQ20112024814
公开日2012年8月22日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者彭俊彦, 徐文庆, 曾柏翔, 林博文 申请人:昆山中辰矽晶有限公司