[发明专利]高光电性功能的图案化光电基板、发光二极管及其制作方法

说明书

本发明提供了一种高光电性功能的图案化光电基板的制作方法，包括：提供基板；蚀刻基板表面，以形成第一图案化结构及间隔区域；形成二金属层在第一图案化结构及间隔区域表面；形成第二图案化结构在第一图案化结构上及间隔区域上方的其中一者或两者；蚀刻第二图案化结构，以向下延伸至基板部分表面；使间隔区域形成平坦面；移除金属层，以形成具有第一图案化结构、第二图案化结构以及具有平坦的间隔区域的基板。此外，本发明还提供通过上述方法制作的高光电性功能的图案化光电基板，以及具有该基板的发光二极管。

技术领域

本发明涉及一种高光电性功能的图案化光电基板及其制作方法，尤其涉及一种具有平坦面的间隔区域的图案化光电基板，以及具有该基板的发光二极管，以便于改善差排缺陷以及电性问题，进一步强化发光二极管的电性功能。

背景技术

人类照明历史发展至今已进入固态照明时代，发光亮度更亮、售价更低廉、寿命更长、稳定性更高等特性需求为固态照明产业共同追求的目标。而照明市场最重视发光二极管的亮度需求，一般而言，发光二极管的最大光输出(L_max)主要由外部量子效率(η_ext)及最大操作电流(I_max)所决定，即L_max＝η_ext×I_max，其中，外部量子效率(η_ext)又由内部量子效率(η_int)及光萃取效率(η_extr)所决定，即η_ext＝η_int×ηe_xtr。目前一般蓝光发光二极管的内部量子效率已达70％以上，然而绿光发光二极管的内部量子效率却骤降至40％以下，因此，通过提升内部量子效率与光萃取效率以改善发光二极管的外部量子效率或增加发光二极管的发光亮度仍存在很大空间。

由于氮化镓与蓝宝石基板间的晶格不匹配程度高达16％，当以蓝宝石基板作为基材，进行氮化镓薄膜磊晶时，氮化镓薄膜内部会存在着应力，并出现许多不同种类差排缺陷，使氮化镓薄膜差排密度达109至1010cm^-2，严重影响磊晶薄膜质量，且缺陷通常扮演非辐射的复合中心，造成发光效率降低。因此，图案化蓝宝石基板制作技术的开发，其关键在于缺陷密度的降低，以实质提升氮化镓薄膜磊晶质量及增加发光亮度。通过氮化镓薄膜在图案基板侧壁上成长以改变氮化镓薄膜差排缺陷成长方向，差排缺陷将弯曲90°，使互相交错形成堆栈错位等消除缺陷，并且在磊晶时通过三维应力释放减少缺陷形成，降低薄膜内部差排密度以提升晶体质量。目前研究也指出使用图案蓝宝石基板成长的氮化镓薄膜发现可以降低差排缺陷密度到108至109cm^-2，并进一步提升发光二极管的内部量子效率及发光亮度。

承上所述，在基板上具有图案的结构中，若基板上的图案包括微米结构或者次微米结构的各种图案，则由于无图案的C面区域面积减少，将增加磊晶层在磊晶过程中的困难度，造成差排的问题，进一步影响LED的电性功能，例如抗静电能力减弱等问题。此外，若以此基板作为LED基板，将造成LED的逆向漏电流提升，也容易使得LED产生发热的问题。

在最新的研究中，也有使用次微米尺度图案基板来成长发光二极管结构，对于同一面积的图案基板，缩小图案尺寸增加图案数量将提升侧向成长的有效区域面积，侧向成长机制增强，造成更容易改变成长方向并形成堆栈错位以消除差排缺陷，及大幅减低薄膜内部差排密度，同时由于图案间距较短，易在氮化镓磊晶时形成空洞阻挡缺陷延伸，提升氮化镓薄膜磊晶质量。研究结果显示，使用微米尺度图案蓝宝石基板成长的氮化镓薄膜可以降低差排密度到108cm^-2，如将图案基板改成次微米尺度时，由于单位体积应力释放程度增加，则可将差排密度降低至107cm^-2或更低。