[发明专利]高发光效率的图案化光电基板、发光二极管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高发光效率的图案化光电基板、发光二极管及其制作方法，而制作方法包括提供一基板；在基板表面形成一第一图案化结构及一间隔区域；形成一第一金属层及一第二金属层；在第二金属层上形成一第二图案化结构；使第二图案化结构向下延伸至第一金属层及基板的部分表面；自基板上移除第一金属层及第二金属层，以形成具有第一图案化结构及第二图案化结构的基板；以一特定成长速率形成一填充层填满于第二图案化结构内。

技术领域

本发明涉及一种高发光效率的图案化光电基板、发光二极管及其制作方法，尤其涉及一种兼具有微米级第一图案结构及次微米级第二图案化结构的基板，及具有该基板的发光二极管，并在第二图案化结构内设置填充层，并填平第二图案化结构，以提升发光二极管的发光效率。

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成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×η_extr。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。

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。

现有技术中，如中国台湾公告专利第I396297号公开了一种发光二极管，包括：基板，其中具有微米级孔洞；作为缓冲层的纳米级多孔性光子晶体结构，形成在基板之上；第一型磊晶层，形成于上述缓冲层多孔性光子晶体结构之上；发光层，形成于上述第一型磊晶层之上；第二型磊晶层，形成于上述发光层之上；第一接触电极，形成于上述该第一型磊晶层之上；以及，第二接触电极，形成于上述第二型磊晶层之上。