[发明专利]发光二极管的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构，尤指一种在基板上自然形成一蚀刻遮罩，通过选择性蚀刻，形成不同凹凸面的不规则几何形状于该基板表面，通过该凹凸面改变半导体层的光波导方向，提高外部量子效率的发光二极管及其制造方法。 

背景技术

为了实现固态照明，开发以及改善发光二极管的发光效率便成为当务之急。改善发光二极管的发光效率的方式可分成两部分：其一为提高发光二极管的内部量子效率；其二为增加发光二极管的光萃取效率(光取出率)。 

在内部量子效率方面，改善磊晶材料质量对于内部量子效率有最直接且明显的提升，其中一种侧向成长技术(Epitaxial LateralOvergrowth；ELOG)可改善磊晶材料质量，主要是利用侧向再成长氮化镓层于二氧化硅条纹图案化的基板上，以减少穿透位错(Threading Dislocation)的缺陷，进而提升内部量子效率。 

另一种技术是美国专利US6,870,193所揭露的横向磊晶法(Lateral Epitaxial Pattern Substrate；LEPS)，该技术利用干式或湿式蚀刻的方式来进行基板上图案样式的蚀刻，达到与ELOG类似的效果，其好处不仅制程容易，而且可以降低磊晶成长的时间。利用 此方法能有效地降低氮化镓层中的穿透位错(ThreadingDislocation)，能有效提升发光二极管的发光效率。 

在光萃取效率方面，因为一般半导体材料与封装材料的折射率相差甚多，使得全反射角小，所以发光二极管所产生的光到达与空气的界面时，大于临界角的光将产生全反射回到发光二极管晶粒内部。光子在交界面离开半导体的机率变小，让光子只能在内部全反射直到被吸收殆尽，使光转成热的形式，造成发光效果不佳。 

因此，改变基板的几何形状是一个有效提升发光效率的方法-在光萃取效率方面。根据美国专利US6,870,193，该案所揭露的技术是一种具备凹部及/或凸部结构形成于基板的半导体发光元件，相较于平坦基板情况下，此种结构的光在半导体层的横方向传播时，光可通过凹部或凸部产生散射或绕射效果，可大幅提高外部量子效率。此外，于基板的凹部及/或凸部结构处，通过侧向成长技术，可降低氮化镓层的穿透位错，同时提升发光二极管的内部量子效率。 

但是，该技术对于基板制备成具有凹部或凸部几何形状的方法，是先形成一钝化层结构于基板上方，再利用使用黄光微影方式，图案定义出凹部或凸部几何形状的外形，再利用干蚀刻或湿蚀刻方式对基板蚀刻出凹部或凸部结构。此种制造过程较为繁琐，亦会增加成本，相当不符合发光二极管的商业应用。 

发明内容

于是为解决上述的缺陷，本发明提供一种发光二极管的结构及其制造方法，其表面自然形成一化学反应层，以化学反应层为自然蚀刻屏蔽，通过湿蚀刻或干蚀刻法，形成不同凹凸面的不规则几何形状于该基板表面上，同时提升发光二极管的外部量子效率以及内部量子效率。 

本发明的发光二极管的制造方法，至少包括：先提供一基板，该基板是蓝宝石(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)和氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)基板其中之一。将该基板放置于一第一溶液内进行反应，使其表面自然形成一化学反应层，然后以该化学反应层作为遮罩，对该基板进行干式蚀刻法、湿式蚀刻法及其混合使用法其中之一的选择性蚀刻，使该基板上方无该化学反应层之处形成多个具有凹部与上方有该化学反应层的凸部。再将该基板放置于一第二溶液内蚀刻，除去该化学反应层，形成具有该凹部与凸部的高度差为0.1微米至15微米的不规则几何形状于该基板表面，且将该基板表面清洁干净。最后于该基板表面上形成一半导体发光结构，且利用侧向成长磊晶技术使该半导体发光结构填平前述的凹部且无任何孔洞形成。