[发明专利]用于制造发光元件的基板以及利用该基板制造的发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造发光元件的基板以及利用该基板制造的发光 元件；更具体而言，本发明涉及一种用于制造LED的基板以及利用该基板 制造的具有高光提取效率(extraction efficiency)的LED。

背景技术

由于发光元件，或称发光二极管(light emitting diode；LED)，具有高亮 度及环保等优点，LED已普遍使用于显示器的背光源及照明等应用上。然 而，如本领域技术人员公知的，由于发光二极管的量子效率(quantum  efficiency)不高，未能转换为光的能量被转换为热，这些热量如果无法有效 地逸散出LED外，将导致LED温度上升，并影响LED的发光效率。

目前，已知在制造LED的外延过程中，如果外延膜内部含有大量贯穿 式位错(dislocation)，将影响其内部量子效率(internal quantum efficiency)。内 部量子效率是由外延膜的发光层所产生的光的效率，最理想状态为100％； 而外部量子效率是指由发光层所产生的光有效地输出LED的比率。

为了有效地提高LED的外部量子效率，本领域技术人员经常使用图案 化基板(patterned substrate)作为外延的基板。参考图6，从外延膜的发光层 中产生而大致沿着膜平面行进的光，可经由图案化基板的结构所造成的全 反射效应，被导向垂直于膜平面的出光方向，因而提高了光提取效率。

然而，参考现有技术图5A至5D，由于图案化基板41具有两个可供外 延膜生长的表面(40、40’)，以C-plane蓝宝石基板的六方晶系的单晶结构而 言，外延膜主要沿着C-plane蓝宝石的(0001)晶面(米勒指数)生长，在其它 晶面则几乎不会生长。当使用图案化基板41结合横向外延生长技术(lateral  epitaxial growth)生长外延膜时，外延膜42’的横向生长，经常会在凹槽顶部 造成空隙缺陷48。光到达这些宏观的空隙缺陷时，会因其不规则的形状而 散射，因而影响全反射效应，进而影响LED的外部量子效率。

此外，由于经由图案化基板的结构而造成的全反射效应，随着图案化 基板中可供全反射表面的增加而增加，因此，如果使生长平台以外的凸部 区域增加，例如通过凸部相连而使全反射的有效表面积增加，元件效率将 会显著的增加。

因此，需要一种具有主要生长平台以避免空隙缺陷产生，以及在生长 平台以外的凸部有效表面积增加的图案化基板。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于制造发光元件的基板，其具有 改良的表面结构，可提供主要生长平台，以避免空隙缺陷产生，同时，在 生长平台以外的凸部有效表面积增加，可有效提高全反射效应。

根据本发明，一种用于制造发光元件的基板，包括：至少一个平台区， 具有外延生长的第一长晶方向的平面；以及多个连续的凸部，围绕该平台 区而彼此连接，以使该平台区与另一平台区隔离，其中所述多个连续的凸 部不包含所述平台区，并且该多个连续的凸部的晶面方向大致上不包含该 第一长晶方向的平面，其中该平台区与该凸部的晶面方向皆不包含连续性 的长晶平面，且所述多个连续的凸部的表面为平坦表面。

根据本发明的另一方案，该第一长晶方向的平面为C-plane蓝宝石的 (0001)晶面方向。

根据本发明的另一方案，该基板由蓝宝石或含硅的材料所制成。

根据本发明，一种发光元件，包括：基板，包括至少一个平台区，具 有外延生长的第一长晶方向的平面；以及多个连续的凸部，围绕该平台区 而彼此连接，以使该平台区与另一平台区隔离，其中所述多个连续的凸部 不包含所述平台区，并且该多个连续的凸部的晶面方向大致上不包含该第 一长晶方向的平面，其中该平台区与该凸部的晶面方向皆不包含连续性的 长晶平面，且所述多个连续的凸部的表面为平坦表面；外延堆叠结构，叠 置在该基板上，沿叠置方向依次包括第一半导体层、发光层、及第二半导 体层，其中该第一半导体层包括未被该发光层及该第二半导体层覆盖的第 一部分；第一电极，与该第一半导体层的该第一部分相连接；以及第二电 极，与该第二半导体层相连接，且与该第一电极电分离。

根据本发明的一个方案，该第一半导体层为n型半导体，且该第二半 导体层为p型半导体。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于制造发光元件的基板，包 括：