TWI422068B - 粗化方法及具粗化表面之發光二極體製備方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種新穎之粗化方法及具粗化表面之發光二極體製備方法。
近來有關GaN-基藍光LED之相關研究與製造技術已廣見於國際期刊及光電產業技術報導中，其效能與製造技術亦已不斷獲得改善，惟在因應白光照明及顯示應用上，更高效率、更大輸出功率與更高流明通量已成為白光LED發展之必然趨勢。
傳統GaN-基LED為一橫向結構，如圖1A所示，其主要包括：一藍寶石基板11；一緩衝層111，係位於藍寶石基板11上；一磊晶結構層12，依序包括n-GaN層121、活性層122及p-GaN層123成長於緩衝層111上，且n-GaN層121、活性層122及p-GaN層123之部分區域被移除，以顯露n-GaN層121之部分區域；一透明導電層18，係位於p-GaN層123上；以及兩電極13,17分別與p-GaN層123及n-GaN層121形成歐姆接觸。然而，傳統橫向結構之發光二極體除了發光面積受限外，其兩電極13,17係配置於磊晶結構層12之同側，電路路徑頗長，容易有串聯電阻值過高且易於電極附近發生電流擁擠效應(current crowding effect)之問題，嚴重限制其發光效率，尤其，晶粒出光面離磊晶發光層極近(~0.5 μm)，故表面可粗化程度有限，無法提高其光析出效率，導致傳統橫向結構難以達到高光輸出功率之要求。此外，橫向結構中之藍寶石基板11尚有導熱特性不佳之問題，高功率操作下容易有高溫導致發光亮度及效率衰減，甚至造成發光波長改變、元件可靠度及壽命下降，導致其在高功率之應用嚴重受限。
為改善橫向結構之缺點，已提出有垂直結構之GaN-基LED製作技術，其兩電極係配置於磊晶結構層上下兩側，磊晶結構層之厚度即為電極之距離，故可改善傳統橫向結構串聯阻值過高之缺點。
請參見圖1B，其係為垂直結構之GaN-基LED剖視圖。如圖1B所示，垂直結構GaN-基LED主要包括：一置換基板11’；一電極13，其包括歐姆反射層131及附著層132，係位於置換基板11’上；一磊晶結構層12，依序包括p-GaN層123、活性層122及n-GaN層121於電極13上；以及一電極17，係與n-GaN層121形成歐姆接觸。習知技術主要係整合雷射剝離技術(Laser lift-off,LLO)與電鍍金屬基板或晶片鍵合(wafer bonding)技術，以置換基板11’取代原藍寶石基板。此外，由於垂直式發光二極體之出光面離磊晶發光層較遠，故可對出光面進行表面粗化，以提高光析出效率。目前所發表之粗化技術包括：(1)使用電子束於表面製作光子晶體；(2)藉由光輔助化學蝕刻製作角錐狀之表面結構；(3)利用奈米金屬光罩配合乾蝕刻(黃光微影技術)，進行表面粗化；(4)利用感應耦合電漿離子蝕刻法(ICP)，移除u-GaN，再進行濕蝕刻，以製作角錐狀之表面結構。其中，前三種製程複雜且粗化時間過長，將造成元件產出時間(through-put)拉長，不利於商品化，故第四種方法為目前最常見之粗化技術。
本發明之主要目的係在提供一種新穎之粗化方法，俾可用於粗化發光二極體中之磊晶結構層，以提高發光二極體出光面之光析出效率、降低元件之操作電壓，並可解決習知粗化方法製程複雜、費時且成本高昂之問題。
為達成上述目的，本發明提供一種磊晶結構層之粗化方法，包括：(A)提供一磊晶結構層；以及(B)使用能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射，蝕刻該磊晶結構層之表面，以形成一粗化表面。在此，該磊晶結構層較佳為氮化鎵基磊晶結構層，其可包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，其中該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間。
據此，本發明係藉由控制準分子雷射之能量密度不超過1000 mJ/cm2
，俾使磊晶結構層發生不同程度之分解反應(GaN→Ga+1/2 N2
)，進而於磊晶結構層上形成具有複數個突起物之表面結構。詳細地說，本發明發現，當使用適當能量密度之準分子雷射進行多發照射時，磊晶結構層中磊晶缺陷密度之差異可能導致磊晶結構層發生不同程度之分解反應，其中磊晶缺陷密度較低之處可分解產生較多之Ga，並與空氣中之氧氣形成GaOx
，以保護其下缺陷密度低之GaN磊晶，而磊晶缺陷密度較高之處則較不易生成GaOx
，且生成之液態Ga又較易因為N2
噴發而往高處濺射，故磊晶缺陷密度較高處之蝕刻程度將大於磊晶缺陷密度較低處，俾而形成高低落差，以製得具有複數個圓頂狀第一突起物(近似半球型)之表面結構。
於本發明上述之粗化方法中，該步驟(B)之後更可包括一步驟(B1)：清潔該粗化表面，以移除準分子雷射所形成之沉積物。在此，清潔粗化表面之方法並無特殊限制，只要可移除準分子雷射所形成之沉積物(如鎵、氧化鎵)且不破壞準分子雷射蝕刻所形成之表面結構即可，例如，可使用酸液來清潔粗化表面。
藉此，本發明更提供一種具粗化表面之磊晶結構層，其具有複數個圓頂狀第一突起物所構成之粗化表面。此外，本發明亦提供一種具粗化表面之磊晶結構層，其係藉由能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射照射形成粗化表面。在此，該磊晶結構層較佳為氮化鎵基磊晶結構層，其可包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，其中該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間。
於本發明上述之粗化方法中，該步驟(B)之後，較佳於步驟(B1)之後，更可包括一步驟(C)：對該粗化表面進行一濕蝕刻步驟。據此，本發明更可於圓頂狀第一突起物上形成複數個近似角錐狀之第二突起物，以製得複數個半球型加角錐形之突起物。詳細地說，本發明更可進行第二次粗化步驟，以粗化圓頂狀第一突起物之表面，使圓頂狀第一突起物之表面形成複數個近似角錐狀之第二突起物。
藉此，本發明更提供一種具粗化表面之磊晶結構層，其具有複數個圓頂狀第一突起物及複數個角錐狀第二突起物所構成之粗化表面，其中該些角錐狀第二突起物係形成於該些圓頂狀第一突起物之表面。此外，本發明亦提供一種具粗化表面之磊晶結構層，其係依序藉由能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射照射及濕蝕刻步驟而形成粗化表面。
本發明上述之新穎粗化方法可應用於發光二極體之製備流程中，以提高發光二極體出光面之光析出效率，並可藉由提高元件的表面濃度與增加元件的表面積得到良好歐姆特性、降低元件之操作電壓，進而有效提升發光二極體之光電特性。
據此，本發更提供一種具粗化表面之發光二極體製備方法，其包括：(A)提供一磊晶元件，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，其中該磊晶結構層包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層與基板之間；以及一第一電極層，係與第一電性半導體層電性導通；(B)使用能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射，蝕刻第二電性半導體層之表面，以形成一粗化表面；以及(C)形成一第二電極層於第二電性半導體層上。
於本發明上述之發光二極體結構製備方法中，該步驟(B)與步驟(C)之間更可包括一步驟(B1)：清潔該粗化表面，以移除準分子雷射所形成之沉積物。在此，清潔粗化表面之方法並無特殊限制，只要可移除準分子雷射所形成之沉積物(如鎵、氧化鎵)且不破壞準分子雷射蝕刻所形成之表面結構即可，例如，可使用酸液來清潔粗化表面。
藉此，本發明更提供一種發光二極體，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，該磊晶結構層包括第一電性半導體層、活性層及第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層與基板之間，其中第二電性半導體層具有複數個圓頂狀第一突起物所構成之粗化表面；一第一電極層，係與第一電性半導體層電性導通；以及一第二電極層，係與第二電性半導體層電性導通。此外，本發明更提供一種發光二極體，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，該磊晶結構層包括第一電性半導體層、活性層及第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層與基板之間，其中第二電性半導體層具有藉由能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射照射所形成之粗化表面；一第一電極層，係與第一電性半導體層電性導通；以及一第二電極層，係與第二電性半導體層電性導通。
於本發明上述之發光二極體製備方法中，步驟(B)與步驟(C)之間，較佳為步驟(B1)與步驟(C)之間，更可包括一步驟(B2)：對該粗化表面進行一濕蝕刻步驟。
藉此，本發明更提供一種發光二極體，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，該磊晶結構層包括第一電性半導體層、活性層及第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層與基板之間，其中第二電性半導體層具有複數個圓頂狀第一突起物及複數個角錐狀第二突起物所構成之粗化表面，而該些角錐狀第二突起物係形成於該些圓頂狀第一突起物之表面；一第一電極層，係與第一電性半導體層電性導通；以及一第二電極層，係與第二電性半導體層電性導通。此外，本發明更提供一種發光二極體，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，該磊晶結構層包括第一電性半導體層、活性層及第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而第一電性半導體層係位於活性層222與基板之間，其中第二電性半導體層具有依序藉由能量密度為1000 mJ/cm2
以下之準分子雷射照射及濕蝕刻步驟所形成之粗化表面；一第一電極層，係與第一電性半導體層電性導通；以及一第二電極層，係與第二電性半導體層電性導通。
於本發明中，該基板較佳為一置換基板，以取代導熱性差之原成長基板(如藍寶石基板)，進而提高發光二極體之散熱性。據此，該磊晶元件可藉由下述步驟製備，其包括：(a1)提供一磊晶晶片，其包括：一成長基板；以及一磊晶結構層，係位於該成長基板上，其中該磊晶結構層包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，該活性層係位於第一電性半導體層與第二電性半導體層之間，而該第二電性半導體層係位於活性層與成長基板之間；(a2)形成一第一電極層於第一電性半導體層上；(a3)形成一置換基板於第一電極層上；以及(a4)移除該成長基板。在此，該置換基板可藉由任何習知之電鍍製程或晶圓鍵結製程形成，其較佳為金屬基板(如鎳基板)或半導體基板；此外，該成長基板可藉由任何習知適用方法移除，但較佳係藉由雷射剝離製程移除，據此，本發明可使用相同之儀器設備，以進行雷射剝離步驟及後續雷射粗化步驟，無須額外新添其他設備，故可降低設備成本。
於本發明中，準分子雷射之能量密度較佳約為300 mJ/cm2
至900 mJ/cm2
，更佳約為750 mJ/cm2
至800 mJ/cm2
。本發明發現，使用能量密度約300 mJ/cm2
之雷射進行多發數照射，即可形成複數個圓頂狀之第一突起物，若加大雷射能量密度則可減少發數而達到粗化效果，此外，若雷射能量超越850 mJ/cm2
，則蝕刻過後無突起物的區域面積會隨雷射能量密度漸增，高於1000 mJ/cm2
則完全無突起物出現，故較佳蝕刻能量密度為300-900 mJ/cm2
，更佳為750-800 mJ/cm2
。此外，第一突起物之直徑與高度可決定於雷射照射發數，據此，使用者可藉由調整發數來變化第一突起物之直徑與高度。在此，準分子雷射之發數可約為30發至500發。
於本發明中，準分子雷射並無特殊限制，其舉例包括，但不限於，KrF準分子雷射、KrCl準分子雷射、ArF準分子雷射、XeCl準分子雷射或XeF準分子雷射。
於本發明中，濕蝕刻步驟所使用之蝕刻液種類及濃度並無特殊限制，其可為任何習知適用之蝕刻液，舉例如濃度約為0.01M至10M之鹼性蝕刻液(如KOH溶液)。此外，本發明發現，隨著濕蝕刻製程時間之拉長，圓頂狀之第一突起物將逐漸趨於平坦，最後將形成僅具角錐狀突起物之粗化表面，亦即表面結構僅由角錐狀之第二突起物構成。據此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可視製程狀況、蝕刻液條件等來調整濕蝕刻時間，舉例說明，可進行約30秒至600秒之濕蝕刻步驟。
於本發明中，該成長基板並無特殊限制，其可為習知任何適作為磊晶用之成長基板，其舉例包括絕緣性基板(如Al2
O3
)、吸光性基板(如GaAs)，但不侷限於此。此外，成長基板上更可形成一緩衝層，以利於後續成長品質較佳之磊晶結構層，其中緩衝層並無特殊限制，只要有助於成長品質較佳之磊晶結構層即可。
於本發明中，該磊晶結構層可藉由任何適用之磊晶製程形成，其舉例包括：有機金屬氣相沉積磊晶法(MOCVD)、液相磊晶法(LPE)、分子束磊晶法(MBE)等。
於本發明中，該第一電極層較佳係位於基板與第一電性半導體層之間，且其形成方法並無特殊限制，其可藉由沉積製程形成，舉例包括，但不限於：無電電鍍法、電鍍法、電子束沉積法、濺鍍法、熱蒸鍍法等；此外，該第一電極層可為單層結構或多層結構，例如可包括一歐姆反射層及一附著層，且該歐姆反射層係位於附著層與第一電性半導體層之間。在此，歐姆反射層之材料並無特殊限制，其可為單層結構或多層結構，較佳係使用可與第一電性半導體層形成歐姆接觸及具有反射功能之材料，例如本發明之一實施態樣係依序形成鎳層、銀層及鎳層於第一電性半導體層上，以作為歐姆反射層；此外，附著層之材料亦無特殊限制，其可為單層結構或多層結構，例如本發明之一實施態樣係依序形成鉻層、鈦層及金層於歐姆反射層上，以作為附著層。
於本發明中，該第二電極層較佳係位於第二電性半導體層之粗化表面上，且其形成方法並無特殊限制，其可藉由沉積製程形成，舉例包括，但不限於：無電電鍍法、電鍍法、電子束沉積法、濺鍍法、熱蒸鍍法等；此外，該第二電極層可為單層結構或多層結構，例如本發明之一實施態樣係依序形成鈦層、鋁層、鈦層及金層於第二電性半導體層上，以作為第二電極層。
於本發明中，第一電性半導體層與第二電性半導體層係為不同電性之半導體層。舉例說明，當第一電性半導體層為N型半導體層(如n-GaN層)時，則第二電性半導體層為P型半導體層(如p-GaN層)；當第一電性半導體層為P型半導體層(如p-GaN層)時，第二電性半導體層則為N型半導體層(如n-GaN層)。
綜上所述，相較於電子束製作光子晶體、光輔助化學蝕刻製作角錐狀表面結構、黃光微影等習知粗化製程，本發明使用準分子雷射之新穎粗化方法具有製程較為簡單、製程時間較短、製作成本較低廉等優勢；另一方面，相較於先利用ICP移除u-GaN而後進行濕蝕刻之習知製程，本發明第一粗化步驟(即準分子雷射粗化步驟)之製程時間相當於習知利用ICP移除u-GaN之時間，而本發明第二粗化步驟(即濕蝕刻粗化步驟)亦與習知ICP製程後之濕蝕刻時間相同，然而，本發明卻可於相同之製程時間內進行兩次粗化步驟，形成最理想之半球型加上角錐狀的表面結構，故本發明所製得之發光二極體可展現更高之光析出效率，並可降低元件之操作電壓。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。惟需注意的是，以下圖式均為簡化之示意圖，圖式中之元件數目、形狀及尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且元件佈局狀態可更為複雜。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參見圖2A至2E，係為本發明一較佳實施例之發光二極體製備方法。
首先，如圖2A所示，將成長基板21上形成有磊晶結構層22之磊晶晶片經標準RCA清潔程序清洗後，形成第一電極層23於磊晶結構層22上。詳細地說，本實施例所採用之磊晶晶片係使用藍寶石基板作為成長基板21，且該成長基板21上更形成有一緩衝層211，以利於後續成長品質較佳之磊晶結構層22。在此，本實施例係依序形成氮化鋁(AlN)與未摻雜之氮化鎵(u-GaN)於成長基板21上，以做為該緩衝層221。此外，本實施例係經由有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)依序形成第二電性半導體層221、活性層222及第一電性半導體層223於該緩衝層211上，以形成該磊晶結構層22，其中本實施例所形成之第二電性半導體層221為n-GaN層，而活性層222上則依序形成有p-AlGaN層及p-GaN層，以作為第一電性半導體層223。另外，本實施例係依序形成歐姆反射層231及附著層232於磊晶結構層22之第一電性半導體層223上，以做為第一電極層23，其中，本實施例係藉由電子束，依序蒸鍍鎳(約1nm)、銀(約200nm)及鎳(約100nm)於第一電性半導體層223上，再以約500℃純氮環境退火約10分鐘，以形成該歐姆反射層231，俾與第一電性半導體層223形成歐姆接觸並有利於將光線反射至出光面；隨後，本實施例再藉由電子束，依序蒸鍍鉻(約100nm)、鈦(約100nm)及金(約100nm)於歐姆反射層231上，以作為該附著層232。
接著，如圖2B所示，於第一電極層23上形成新的基板21’，以取代原成長基板21。詳細地說，本實施例係於固定電流0.6A下，進行約120分鐘之電鍍製程，以形成新的基板21’，其中該基板21’係為厚度約為80μm之鎳層。
隨後，如圖2C所示，移除成長基板21。在此，本實施例係使用光罩，利用KrF準分子雷射(能量密度約800 mJ/cm2
)，以單發照射方式進行雷射剝離製程，俾而完成基板置換製程，以獲得如圖2C所示之磊晶元件，其包括：一基板21’；一磊晶結構層22，係位於基板21’上，其中該磊晶結構層22包括第一電性半導體層223、活性層222及第二電性半導體層221，該活性層222係位於第一電性半導體層223與第二電性半導體層221之間，而第一電性半導體層223係位於活性層222與基板21’之間；以及一第一電極層23，係位於基板21’與第一電性半導體層223之間，俾與第一電性半導體層223電性導通。
如圖2D所示，再利用相同的準分子雷射，移除雷射剝離後殘餘之u-GaN，並同時對露出的第二電性半導體層221進行表面蝕刻，再使用酸液(氫氯酸與氫氟酸之稀釋液)清潔第二電性半導體層221表面蝕刻所產生之鎵與氧化鎵，以形成一粗化表面。詳細地說，本實施例係使用相同的KrF準分子雷射，將其能量密度調整為750 mJ/cm2
，以120發照射方式進行第一次表面粗化步驟，俾於第二電性半導體層221上形成複數個圓頂狀之第一突起物G1(類似半球型)。在此，本實施例係使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察第一次表面粗化後之表面形貌，請參見圖3A及3B。圖3A是雷射蝕刻後表面形貌之SEM分析圖，其中第一突起物上具有雷射蝕刻所形成之鎵與氧化鎵(GaOx
)沉積物，以形成類似火山口之突起物；此外，圖3B是酸液清潔後表面形貌之SEM分析圖，其中雷射蝕刻所形成之鎵與氧化鎵(GaOx
)沉積物已被移除，以顯露圓頂狀之第一突起物。據此，本實施例所形成之第一突起物高度約為1.5-2μm，底部直徑約為3-4μm，而密度約為106
cm-2
。
最後，如圖2E所示，藉由濕蝕刻步驟，再對第二電性半導體層221之粗化表面進行第二次的粗化步驟；接著，形成第二電極層27於磊晶結構層22之第二電性半導體層221上，以完成如圖2E所示之結構。詳細地說，本實施例係將元件浸泡於蝕刻液中，以於第一突起物G1之弧面上再形成複數個角錐狀之第二突起物G2。在此，本實施例係採用60℃之KOH溶液作為蝕刻液，其濃度約為6M，蝕刻時間約為120秒。在此，本實施例係使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察第二次表面粗化後之表面形貌，請參見圖3C。據此，本實施例進行兩階段之粗化步驟後，得以製得複數個類似半球型加上角錐形之突起物，其中圓頂狀第一突起物弧面上之第二突起物高度約為50-200 nm。此外，本實施例係依序沉積鈦、鋁、鈦及金，以作為第二電極層27。
據此，如圖2E所示，本實施例提供一種發光二極體，其包括：一基板21’；一磊晶結構層22，係位於該基板21’上，該磊晶結構層22包括第一電性半導體層223、活性層222及第二電性半導體層221，該活性層222係位於第一電性半導體層223與第二電性半導體層221之間，而第一電性半導體層223係位於活性層222與基板21’之間，其中第二電性半導體層221具有一粗化表面，其係由複數個圓頂狀第一突起物G1及複數個角錐狀第二突起物G2構成，且該些角錐狀第二突起物G2係形成於該些圓頂狀第一突起物G1表面上；一第一電極層23，係位於基板21’與第一電性半導體層223之間，俾與第一電性半導體層223電性導通；以及一第二電極層27，係位於第二電性半導體層221之粗化表面上，俾與第二電性半導體層221電性導通。
本實施例發光二極體之製備方法及結構與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本實施例係以30發雷射照射方式進行第一次粗化步驟。
本實施例發光二極體之製備方法及結構與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本實施例係以210發雷射照射方式進行第一次粗化步驟。
本實施例發光二極體之製備方法及結構與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本實施例係使用能量密度約為300 mJ/cm2
之準分子雷射，以500發雷射照射方式進行第一次粗化步驟。
本實施例發光二極體之製備方法及結構與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本實施例係使用能量密度約為800 mJ/cm2
之準分子，以120發雷射照射方式進行第一次粗化步驟。
本實施例發光二極體之製備方法及結構與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本實施例係使用能量密度約為900 mJ/cm2
之準分子雷射，以30發雷射照射方式進行第一次粗化步驟。
本比較例之發光二極體結構如圖1A所示，其中本比較例係採用與實施例1相同之磊晶晶片，而透明導電層18之材料為氧化鎳金。
本比較例之發光二極體結構如圖1B所示，其中本比較例之製作流程與實施例1所述大致相同，惟不同處在於，本比較例僅進行一次的粗化步驟。詳細地說，本比較例於移除成長基板後，先藉由感應耦合電漿離子蝕刻技術(ICP)，移除雷射剝離後殘餘之u-GaN；接著，使用KOH溶液(約6M)進行濕蝕刻約120秒，以形成角錐狀之粗化表面，如圖1B所示。
比較分析實施例1與比較例1-2之電流-電壓特性，其結果如圖4所示。由圖4可發現，相較於比較例1，於350 mA電流下，本發明實施例1之順向電壓可從3.67 V下降至3.41 V；於750 mA電流下，順向電壓則可從4.45 V下降至3.89 V；此外，與比較例2相比，於750 mA高電流下，本發明實施例1之電壓亦可下降0.12 V。由此可知，相較於比較例1及2，本發明實施例1所製得之發光二極體可提高元件之表面濃度，增加電極與元件表面之接觸面積，有效降低串聯電阻，進而降低元件消耗之電功率。
比較分析實施例1與比較例1-2之光輸出功率(LOP)，其結果如圖5所示。由圖5可發現，相較於比較例1，於350 mA電流下，本發明實施例1之光輸出功率(Light output power)可增加125%(ΔLop/Lop)，於750 mA電流下，光輸出功率可增加106.6%；此外，與比較例2相比，於350 mA電流下，本發明實施例1之光輸出功率亦可增加25%。由此可知，本發明實施例1除了可有效增加晶粒表面積外，其對元件內光析出亦有相當助益。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11．．．藍寶石基板
11’．．．置換基板
111,211．．．緩衝層
12,22．．．磊晶結構層
121．．．n-GaN層
122,222．．．活性層
123‧‧‧p-GaN層
13,17‧‧‧電極
131,231‧‧‧歐姆反射層
132,232‧‧‧附著層
18‧‧‧透明導電層
21‧‧‧成長基板
21'‧‧‧基板
221‧‧‧第二電性半導體層
223‧‧‧第一電性半導體層
23‧‧‧第一電極層
27‧‧‧第二電極層
G1‧‧‧第一突起物
G2‧‧‧第二突起物
圖1A係習知橫向結構之GaN-基LED剖視圖。
圖1B係習知垂直結構之GaN-基LED剖視圖。
圖2A至2E係本發明一較佳實施例之發光二極體製備流程剖視圖。
圖3A是雷射蝕刻後表面形貌之掃瞄式電子顯微鏡分析圖。
圖3B是酸液清潔後表面形貌之掃瞄式電子顯微鏡分析圖。
圖3C是濕蝕刻後表面形貌之掃瞄式電子顯微鏡分析圖。
圖4係本發明實施例1與比較例1及2之電流-電壓特性比較圖。
圖5係本發明實施例1與比較例1及2之光輸出功率-電流特性比較圖。
21’．．．基板
22．．．磊晶結構層
221．．．第二電性半導體層
222．．．活性層
223．．．第一電性半導體層
23．．．第一電極層
231．．．歐姆反射層
232．．．附著層
27．．．第二電極層
G1．．．第一突起物
G2．．．第二突起物
Claims (10)
- 一種具粗化表面之發光二極體製備方法，包括：(A)提供一磊晶元件，其包括：一基板；一磊晶結構層，係位於該基板上，其中該磊晶結構層包括一第一電性半導體層、一活性層及一第二電性半導體層，該活性層係位於該第一電性半導體層與該第二電性半導體層之間，而該第一電性半導體層係位於該活性層與該基板之間；以及一第一電極層，係與該第一電性半導體層電性導通；(B)使用能量密度為1000mJ/cm2 以下之準分子雷射，蝕刻該第二電性半導體層之表面，以形成一包含複數個第一突起物之第一粗化表面；(B2)對該第一粗化表面進行一濕蝕刻步驟，以於該第一突起物上形成複數個第二突起物；以及(C)形成一第二電極層於該第二電性半導體層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該準分子雷射之能量密度為300mJ/cm2 至900mJ/cm2 。
- 如申請專利範圍第2項所述之製備方法，其中，該步驟(B)係使用30發至500發之該準分子雷射進行蝕刻。
- 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該準分子雷射為KrF準分子雷射、KrCl準分子雷射、ArF準分子雷射、XeCl準分子雷射或XeF準分子雷射。
- 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中，該濕蝕刻步驟係使用濃度為0.01M至10M之一蝕刻液進行30秒至600秒。
- 一種磊晶結構層之粗化方法，包括：(A)提供一磊晶結構層；(B)使用能量密度為1000mJ/cm2 以下之準分子雷射，蝕刻該磊晶結構層之表面，以形成一包含複數個第一突起物之第一粗化表面；以及(C)對該第一粗化表面進行一濕蝕刻步驟，以於該第一突起物上形成複數個第二突起物。
- 如申請專利範圍第6項所述之粗化方法，其中，該準分子雷射之能量密度為300mJ/cm2 至900mJ/cm2 。
- 如申請專利範圍第7項所述之粗化方法，其中，該步驟(B)係使用30發至500發之該準分子雷射進行蝕刻。
- 如申請專利範圍第6項所述之粗化方法，其中，其中，該準分子雷射為KrF準分子雷射、KrCl準分子雷射、ArF準分子雷射、XeCl準分子雷射或XeF準分子雷射。
- 如申請專利範圍第6項所述之粗化方法，其中，該濕蝕刻步驟係使用濃度為0.01M至10M之一蝕刻液進行30秒至600秒。
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| US8551869B2 (en) | 2013-10-08 |
| US20120214267A1 (en) | 2012-08-23 |
| TW201236199A (en) | 2012-09-01 |
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