專利名稱：發(fā)光二極管基板表面粗化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，尤其涉及一 種在基板表面形成不少見則的凹凸結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)照明，開發(fā)以及改善發(fā)光二才及管的發(fā)光效率4更成
為當(dāng)務(wù)之急。改善發(fā)光二4及管的發(fā)光效率的方式可分成兩部分其 一為提高發(fā)光二極管的內(nèi)部量子效率；其二為增加發(fā)光二極管的光
萃取效率(光取出率)。
在內(nèi)部量子歲文率方面，改善蟲晶材泮牛品質(zhì)對(duì)于內(nèi)部量子效率有
最直4妄且明顯的提升，其中一種側(cè)向生長(zhǎng)4支術(shù)(Epitaxial Lateral Overgrowth; ELOG)可改善蟲晶材料品質(zhì)，主要是在二氧化硅條 紋圖案化的基板上利用側(cè)向再生長(zhǎng)氮化鎵層，以減少穿透位錯(cuò)的缺 陷，進(jìn)而提升內(nèi)部量子效率。
另 一種4支術(shù)是4黃向蟲晶法(Lateral Epitaxial Pattern Substrate; LEPS)，該技術(shù)利用干式或濕式蝕刻的方式來(lái)進(jìn)行基板上圖案樣式 的蝕刻，達(dá)到與ELOG類似的效果，其好處是不僅加工容易，而且 可以降低磊晶成長(zhǎng)的時(shí)間。利用此方法能有效地降低氮化鎵層中的 穿透位錯(cuò)，能有效提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。而在光萃取效率方面，因?yàn)橐话惆雽?dǎo)體材與封裝材料的折射率 相差甚多，使得全反射角小。所以，發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光到達(dá)與 空氣的界面時(shí)，大于臨界角的光將產(chǎn)生全反射回到發(fā)光二極管晶粒 內(nèi)部。光子在交界面離開半導(dǎo)體的機(jī)率變小，使光子只能在內(nèi)部全 反射直到被吸收殆盡，使光轉(zhuǎn)成熱的形式，造成發(fā)光效果不佳。
因此，改變基板的幾何形狀是一個(gè)有效提升發(fā)光效率的方法-
在光萃取效率方面。才艮據(jù)美國(guó)專利US6,870，193，該案所才皮露的技 術(shù)是一種具有形成于基板的凹部和/或凸部結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件， 相較于平坦基板情況下，此種結(jié)構(gòu)的光在半導(dǎo)體層的橫向方向傳播 時(shí)，光可通過(guò)凹部或凸部產(chǎn)生散射或繞射效果，可大幅提高外部量 子步丈率。此外，在基^反的凹部和/或凸部結(jié)構(gòu)處，通過(guò)側(cè)向生長(zhǎng)4支術(shù)， 可降低氮化鎵層的穿透位錯(cuò)，同時(shí)提升發(fā)光二極管的內(nèi)部量子效 率。
但是，該技術(shù)對(duì)于基板制備成具有凹部或凸部幾何形狀的方 法，是先在基板上方形成鈍化層結(jié)構(gòu)，再利用使用黃光微影方式， 圖案定義出凹部或凸部幾4可形狀的外形，再利用干蝕刻或濕蝕刻方 式對(duì)基板蝕刻出凹部或凸部結(jié)構(gòu)。此種制造過(guò)程較為繁瑣且穩(wěn)定性 不佳，而且也大幅增加制造成本，相當(dāng)不適合發(fā)光二極管的商業(yè)應(yīng) 用。

發(fā)明內(nèi)容
于是，為解決上述的缺陷，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管基板表 面粗化的方法，以簡(jiǎn)易且穩(wěn)定的制造過(guò)程，在低制造成本且高生產(chǎn) 率的效益下，使基板表面形成不規(guī)則的凹凸表面，用以提升發(fā)光二 才及管的外部量子效率。本發(fā)明是一種發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，此方法包括 先提供基板，該基板是藍(lán)寶石(A1203 )、碳化硅(SiC )、硅(Si)、 砷化鎵(GaAs)和氮化鋁(A1N)、氮化鎵(GaN )基板其中之一； 然后利用研磨沖支術(shù)通過(guò)號(hào)凄t為300號(hào)至6000號(hào)之間的研磨砂-紙對(duì) 該基板表面進(jìn)行研磨，使該基板表面形成不規(guī)則的多個(gè)凹部與凸部 結(jié)構(gòu)，其中這些凹部與凸部結(jié)構(gòu)的高度差為0.05 pm至15 pm。
然后，將該基板表面清潔千凈后，就可在該基板表面上形成半 導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)，其中可利用側(cè)向生長(zhǎng)磊晶技術(shù)或^f黃向磊晶法生長(zhǎng)半 導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)的磊晶層，使磊晶層填平前述的凹部且無(wú)任何孔洞形 成。通過(guò)這些凹部與凸部結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光二極管元件內(nèi)部光的散射與繞 射效果，減少半導(dǎo)體層與基板的界面中的光橫向傳播的情況，減少 全反射的機(jī)率，提高發(fā)光二極管的光取出率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用一種新穎的基板表面粗化方法，以簡(jiǎn)易 且穩(wěn)定的研磨技術(shù)，可在低制造成本且高生產(chǎn)率的效益下，使基板 表面形成不規(guī)則的凹凸表面，通過(guò)凹凸表面對(duì)發(fā)光二極管元件內(nèi)部 光的散射與繞射效果，可減少半導(dǎo)體層與基板的界面中的光橫向傳 播的情況，減少全反射的機(jī)率，提高發(fā)光二極管的光取出率，適合 產(chǎn)業(yè)大量生產(chǎn)應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基板的示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基板表面被研磨后的示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的基板表面磊晶層的示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。
5"^體實(shí)施方式
對(duì)于本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及4支術(shù)說(shuō)明，現(xiàn)以實(shí)施例來(lái)《故進(jìn)一步說(shuō) 明，但應(yīng)了解的是，這些實(shí)施例僅是例示說(shuō)明之用，而不應(yīng)被解釋 為本發(fā)明實(shí)施的限制。
請(qǐng)參閱圖1至圖4所示，本發(fā)明是一種發(fā)光二極管基板表面粗 化的方法，實(shí)施例的發(fā)光二極管元件的制造方法包括先提供基板 100，該基板是藍(lán)寶石(A1203)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化 鎵(GaAs)和氮化鋁(A1N)、氮化鎵(GaN)基板其中之一 (如 圖1所示)。然后利用研磨技術(shù)通過(guò)號(hào)數(shù)為300號(hào)至6000號(hào)之間 的研磨石少紙對(duì)該基板100進(jìn)行研磨，使該基4反100表面形成不規(guī)則 的多個(gè)凹部110與凸部120的結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，其中這些凹部 110與凸部120的高度差為0.05 lam至15 與研磨砂-紙的相4造 度相同。
然后，在該基板100的表面形成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu) 200，該半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)200是依次磊晶結(jié)合至少一個(gè)n型半導(dǎo)體 層210、活性層220與至少一個(gè)p型半導(dǎo)體層230 (如圖3所示)。 其中該活性層220作為發(fā)光區(qū)形成于該n型半導(dǎo)體層210與該p型 半導(dǎo)體層230之間，且該p型半導(dǎo)體層230與p型歐姆接觸電極231 電性連4妄，該n型半導(dǎo)體層210通過(guò)4妾觸窗240與n型歐姆4妾觸電 極211電性連接，用以提供順向偏壓(如圖4所示)。
實(shí)施上可利用側(cè)向生長(zhǎng)磊晶技術(shù)或橫向磊晶法，通過(guò)改變半導(dǎo) 體層的磊晶溫度及壓力實(shí)現(xiàn)側(cè)向生長(zhǎng)速度高于縱向成長(zhǎng)速度，可使 該半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)200中厚度較厚的n型半導(dǎo)體層210填平前述的 凹部110以爿夸該基^反100表面的凹部110與凸部120的落差填平，
可得到高質(zhì)量^f氐穿透位4普(Threading Dislocation)的蟲晶層。例如
6成長(zhǎng)氮化鎵(約15 pm)作為該n型半導(dǎo)體層210材料，填平前述 的凹部110。
因?yàn)榻档瓦@些凹部110與凸部120結(jié)構(gòu)對(duì)該活性層220的影響， 可良好地保持該活性層220 (發(fā)光區(qū)域)的結(jié)晶性，減少穿透位錯(cuò) 的因素，使內(nèi)部量子效率提升。而且，通過(guò)這些凹部110與凸部120 結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)200內(nèi)部該活性層220所發(fā)出的光將會(huì)被 這些凹部110與凸部120結(jié)構(gòu)散射或繞射，減少n型半導(dǎo)體層210 與基板100的界面中光橫向傳播的情況，減少全反射的機(jī)率，射向 基板100上方或下方的光束增加，可提高發(fā)光二極管的光取出率， 增加總發(fā)光量。
上述^又為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施 的范圍。即，凡是根據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的同等變化與修改， 老卩4皮本發(fā)明專利范圍涵蓋。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，其特征在于，提供基板(100)；以及利用研磨技術(shù)通過(guò)研磨砂紙對(duì)所述基板(100)進(jìn)行研磨，使所述基板(100)表面形成不規(guī)則的多個(gè)凹部(110)與凸部(120)結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，其特 征在于，所述基板(100)是藍(lán)寶石、碳化硅、硅、砷化鎵和 氮化鋁、氮化鎵基板其中之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，其特 征在于，所述研磨砂紙的號(hào)數(shù)為300號(hào)至6000號(hào)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，其特 征在于，所述凹部(110)與凸部(120)結(jié)構(gòu)的高度差為0.05jim 至15|um。
全文摘要
一種發(fā)光二極管基板表面粗化的方法，是利用研磨技術(shù)通過(guò)號(hào)數(shù)為300號(hào)至6000號(hào)之間的研磨砂紙對(duì)基板表面進(jìn)行研磨，使基板表面形成不規(guī)則的多個(gè)凹部與凸部結(jié)構(gòu)，如此，在該基板表面上形成半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)后，通過(guò)這些凹部與凸部結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光二極管元件內(nèi)部光線的散射與繞射效果，減少半導(dǎo)體層與基板的界面中的光橫向傳播的情況，減少全反射的機(jī)率，提高發(fā)光二極管的光取出率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101488545SQ20081000414
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者葉念慈, 李家銘 申請(qǐng)人:泰谷光電科技股份有限公司