圖案化光電基板及其制作方法

圖案化光電基板及其制作方法
【專利摘要】一種圖案化光電基板，其包括一基板，該基板具有一第一圖案化結構、一間隔區域及一第二圖案化結構，其中，該第二圖案化結構形成于該第一圖案化結構及該間隔區域的其中一者或兩者，且該第一圖案結構為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構。本發明亦有關于一種依據上述圖案化光電基板的制作方法及具有上述圖案化光電基板的發光二極管。
【專利說明】圖案化光電基板及其制作方法

【技術領域】
[0001]本發明是關于一種圖案化光電基板及其制作方法，尤其指一種兼具有微米級第一圖案結構及次微米級第二圖案化結構的基板，及具有該基板的發光二極管。

【背景技術】
[0002]人類照明歷史發展至今已進入固態照明時代，發光亮度更亮、售價更低廉、壽命更長、穩定性更高…等特性需求為固態照明產業共同追求的目標。而照明市場首重發光二極管的亮度需求，一般而言，發光二極管的最大光輸出(1.)主要由外部量子效率及最大操作電流(1.)所決定，即其中，外部量子效率又為內部量子效率及光萃取效率所決定，即11心。目前一般藍光發光二極管的內部量子效率已達70%以上，然而綠光發光二極管的內部量子效率卻驟降至40%以下，因此，由提升內部量子效率與光萃取效率以改善發光二極管的外部量子效率或增加發光二極管的發光亮度仍存在很大空間。
[0003]由于氮化鎵與藍寶石基板間的晶格不匹配程度高達16%，當以藍寶石基板作為基材，進行氮化鎵薄膜外延時，氮化鎵薄膜內部會存在著應力，并出現許多不同種類差排缺陷，使氮化鎵薄膜差排密度達109至2，嚴重影響外延薄膜質量，且缺陷通常扮演非輻射的復合中心，造成發光效率降低。因此，圖案化藍寶石基板制作技術的開發，其關鍵在于缺陷密度的降低，以實質提升氮化鎵薄膜外延質量及增加發光亮度。由氮化鎵薄膜在圖案基板側壁上成長以改變氮化鎵薄膜差排缺陷成長方向，差排缺陷將彎曲90。，使互相交錯形成堆棧錯位等消除缺陷，并且在外延時透過三維應力釋放減少缺陷形成，降低薄膜內部差排密度以提升晶體質量。目前研究亦指出使用圖案藍寶石基板成長的氮化鎵薄膜發現可以降低差排缺陷密度到108至109^—2，并進一步提升發光二極管的內部量子效率及發光亮度。
[0004]在最新的研究中，亦有使用次微米尺度圖案基板來成長發光二極管結構，對于同一面積的圖案基板，縮小圖案尺寸增加圖案數量將提升側向成長的有效區域面積，側向成長機制增強，造成更容易改變成長方向并形成堆棧錯位以消除差排缺陷，及大幅減低薄膜內部差排密度，同時由于圖案間距較短，易在氮化鎵外延時形成空洞阻擋缺陷延伸，提升氮化鎵薄膜外延質量。研究結果顯示，使用微米尺度圖案藍寶石基板成長的氮化鎵薄膜可以降低差排密度到川8^—2，如將圖案基板改成次微米尺度時，由于單位體積應力釋放程度增力口，則可將差排密度降低至或更低。
[0005]已知技術中，如中國臺灣公告專利第1396297號，揭示一種發光二極管，包括:基板，具有微米級孔洞于其中；作為緩沖層的納米級多孔性光子晶體結構，形成于基板之上；第一型外延層，形成于上述緩沖層多孔性光子晶體結構之上；發光層，形成于上述第一型外延層之上；第二型外延層，形成于上述發光層之上；第一接觸電極，形成于上述該第一型外延層之上；以及，第二接觸電極，形成于上述第二型外延層之上。
[0006]另一中國臺灣公開專利第201251113號，揭示一種120基板的制造方法、120基板及白光120構造，主要目的是為使120發出演色性佳的高亮度白光，該基板的反射面上是形成復數頂部呈曲面的凸起顆粒，該些凸起顆粒的底部寬度為2微米至4微米，高度為1.2微米至1.8微米，相鄰凸起顆粒的間距則為0.6微米至3微米，并使一氮化銦鎵外延層于通電后發出波長為380至410納米范圍內的紫外光，紫外光經由該基板的反射面及該些凸起顆粒反射，并激發混合氧化鋅及釔鋁石榴石的熒光物質而產生紫外光的互補色光，而于相互混色后由一封裝體散射出演色性佳的高亮度白光，而可用于照明等用途。
[0007]然而，上述發明二極管中，主要都是由單獨在基板上形成一納米級多孔性光子晶體結構或微米級凸起顆粒以提高發光二極管的發光效率，然而，前述微米級或納米級結構設計對于降低差排密度程度或提升發光效率的程度都仍有其本質上的限制。
[0008]此外，如本 申請人:申請的中國臺灣專利申請案第102111662號，揭示一種光電組件的基板，提供至少一光電組件形成于該基板的一上表面，其特征在于，該基板的該上表面具有復數個微米結構與復數個次微米結構以構成一粗糙表面，其中該些次微米結構的尺寸小于該些微米結構。由此，可改善基板的光學漫射率，并可增進成長于基板上的外延薄膜材料質量，進而提升光電組件的光萃取效率，達到提升整體光電組件的發光亮度。本發明另提供一種光電組件。其中，該前案為本 申請人:所提出由微米結構及次微米結構的組合以增進外延薄膜材料質量或提升整體光電組件的發光亮度。
[0009]因此，目前急需發展出一種圖案化光電基板及具有該基板的發光二極管，其可以有效降低氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，并增加發光二極管的發光效率，進而提高發光二極管的應用性及價值實有其需要。


【發明內容】

[0010]本發明的目的在于提供一種圖案化光電基板的制作方法，其可由基板表面的圖案化設計，以提升外延質量或減少氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，進而使發光二極管具有更優異的發光效率及性能。
[0011]本發明的另一目的在于提供一種圖案化光電基板，其是由前述圖案化光電基板的制作方法所制成的圖案化光電基板，并可由基板表面的圖案化設計，以提升外延質量或減少氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，進而使發光二極管具有更優異的發光效率及性能。
[0012]本發明的又一目的在于提供一種具有圖案化光電基板的發光二極管，其是由前述圖案化光電基板作為發光二極管的基板，并可由基板表面的圖案化設計，以提升外延質量或減少氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，進而使發光二極管具有更優異的發光效率及性能。
[0013]為實現上述目的，本發明提供的圖案化光電基板的制作方法，其步驟包括:
[0014]⑷提供一基板；
[0015](8)由一第一蝕刻處理于該基板表面形成一第一圖案化結構及一間隔區域；
[0016](0形成一第一金屬層及一第二金屬層于該基板上的該第一圖案化結構及該間隔區域表面；
[0017](0)由一陽極氧化招處理(￡1110(110 811111111111111 0x1(16，-0)于該第二金屬層上形成一第二圖案化結構，該第二圖案化結構位于該第一圖案化結構及該間隔區域上方的其中一者或兩者；
[0018](￡)由一第二蝕刻處理使該第二圖案化結構向下延伸至該第一金屬層及該基板的部分表面；以及
[0019](F)由一酸液處理以自該基板上移除該第一金屬層及該第二金屬層，以形成具有該第一圖案化結構及該第二圖案化結構的該基板。
[0020]在本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(B)及(E)中，該第一蝕刻處理或該第二蝕刻處理可為一等向性蝕刻(Isotropic etching)或一非等向性蝕刻(Anisotropic etching),其中，該第一蝕刻處理或該第二蝕刻處理可為電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法(ICP-RIE)、化學液蝕刻法、干式蝕刻法、等離子體蝕刻法、或激光加工法。此外，在前述本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，該等向性蝕刻可利用化學蝕刻液(例如強酸)在高溫環境下進行化學蝕刻反應，以在基板上制作出具有一定周期性的微米級突出或凹槽結構；此外，該非等向性蝕刻程序為先在基板上形成一圖案化光阻層，再利用電感式耦合等離子體反應性離子蝕刻(ICP-RIE)技術進行蝕刻，以選擇性地移除部分基板，同樣可達到上述形成具有一定周期性的微米級突出或凹槽結構的目的。
[0021]在本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(B)中，還包括提供一第一光阻層設置于該基板的部分表面上，使該第一蝕刻處理可為選擇性地移除部分的該基板；此外，在前述本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，該第一圖案化結構可為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，且該間隔區域可為一平面結構。于本發明的一態樣中，該第一圖案化結構可為一微米級突出結構。于本發明的另一態樣中，該第一圖案化結構可為一微米級凹槽結構。
[0022]在本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(C)中，該第一金屬層或該第二屬層的形成可由涂布法、化學電鍍法、濺鍍法、蒸鍍法、陰極電弧法、或化學氣相沉積法，其中，蒸鍍法包括電子束蒸鍍法、熱蒸鍍法、高周波蒸鍍法、或激光蒸鍍法等，本發明并未局限于此。在前述本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，該第一金屬層為至少一選擇由鈦、鉻、鑰、或其組合所組成的群組，且該第一金屬層的厚度可為I納米至I微米；此夕卜，該第二金屬層為鋁，且該第二金屬層的厚度可為10納米至100微米。于本發明的一態樣中，該第一金屬層為鈦。
[0023]在本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(D)中，還包括提供一第二光阻層設置于該第一圖案化結構上方的該第二金屬層表面，使該陽極氧化鋁處理可為選擇性地移除部分的該間隔區域上方的該第二金屬層，因此，該第二圖案化結構可形成于該間隔區域上方的第二金屬層，但該第一圖案化結構上方的第二金屬層則不會具有該第二圖案化結構。另外，在前述本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(D)中，還包括提供該第二光阻層設置于該間隔區域上方的該第二金屬層表面，使該陽極氧化鋁處理可為選擇性地移除部分的該第一圖案化結構上方的該第二金屬層，因此，該第二圖案化結構可形成于該第一圖案化結構上方的該第二金屬層，但該間隔區域結構上方的第二金屬層則不會具有該第二圖案化結構。
[0024]在本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(E)中，該第二圖案化結構可為一次微米級凹槽結構。此外，在前述本發明的一種圖案化光電基板的制作方法中，于步驟(F)之后，還包括提供一緩沖層及一光電組件形成于該基板上，使該基板可結合該緩沖層及該光電組件以形成一發光二極管或一太陽能電池。
[0025]本發明提供的圖案化光電基板，其包括一基板，該基板可具有一第一圖案化結構、一間隔區域及一第二圖案化結構，其中，該第二圖案化結構可形成于該第一圖案化結構及該間隔區域的其中一者或兩者，且該第一圖案結構可為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，該間隔區域可為一平面結構，且該第二圖案化結構可為一次微米級凹槽結構。
[0026]在本發明的一種圖案化光電基板中，該第一圖案化結構或該第二圖案化結構可為圓錐狀、圓弧狀、圓柱狀、角錐狀(例如，三角錐、六角椎)、或角柱狀。于本發明的一態樣中，該第一圖案化結構較佳為圓錐狀。于本發明的另一態樣中，該第二圖案化結構較佳為角錐狀。在前述本發明的一種圖案化光電基板中，該第一圖案化結構或該第二圖案化結構可具有一傾斜角度，其中，該傾斜角度為第一圖案化結構或該第二圖案化結構的縱向面與水平面的夾角，或第一圖案化結構或該第二圖案化結構內相鄰斜面的夾角，例如，縱向面與間隔區域表面的夾角，或縱向面與凹槽底部的夾角，或相鄰兩斜面的夾角。于本發明的一態樣中，該第一圖案化結構可具有O度至180度的傾斜角度，較佳為該第一圖案化結構可具有10度至80度的傾斜角度，最佳為該第一圖案化結構可具有20度至75度的傾斜角度。于本發明的另一態樣中，該第二圖案化結構可具有O度至180度的傾斜角度，較佳為該第二圖案化結構可具有90度至180度的傾斜角度,最佳為該第二圖案化結構可具有90度至150度的傾斜角度。
[0027]在本發明的一種圖案化光電基板中，第一圖案化結構的該微米級突出結構的高度可為I微米至5微米，較佳為該微米級突出結構的高度可為1.2微米至2微米；此外，第一圖案化結構的該微米級凹槽結構的深度可為I微米至5微米，較佳為該微米級凹槽結構的深度可為1.2微米至2微米。在前述本發明的一種圖案化光電基板中，該第一圖案化結構的外徑可為I微米至5微米；此外，相鄰的該第一圖案化結構的間距可為0.1微米至5微米，較佳為相鄰的該第一圖案化結構的間距可為約0.3微米至I微米，其中，相鄰的該第一圖案化結構的間距即為該間隔區域的長度或寬度，且該間隔區域為一平面表面，并由該間隔區域以提供外延成長所需要的平坦表面。
[0028]在本發明的一種圖案化光電基板中，該第二圖案化結構的深度可為10納米至10微米，且該第二圖案化結構的外徑可為20納米至950納米，其中，該第二圖案化結構的深度(例如，10微米)大于第一圖案化結構的高度或深度(例如，5微米)，主要是因為一般發光二極管的外延層厚度約為5微米，因此，第一圖案化結構的高度或深度應該小于該外延層厚度，使外延層具有一平坦發光表面，然而，第二圖案化結構則可以依據使用需求而貫通部分的第一圖案化結構，或者，使第二圖案化結構貫通全部的第一圖案化結構并延伸至基板，因此，該第二圖案化結構的深度并不需要局限于外延層厚度的限制；此外，該第一圖案化結構上含有第二圖案化結構的數目為每平方厘米含有I X 18至2.5 X 111個，例如，假設第一圖案化結構為四方柱形狀并忽略第二圖案化結構的間距的前提下，前述該第一圖案化結構的長寬可為5微米，該第二圖案化結構的外徑可為20納米，因此，在25平方微米的第一圖案化結構上將可以含有約62，500個第二圖案化結構，然而，由于該第一圖案化結構為一非平面的突出或凹槽結構，故相較于平面結構的計算理論值，該非平面的該第一圖案化結構可具有更大的面積范圍及含有更多的第二圖案化結構數目。
[0029]本發明提供的具有圖案化光電基板的發光二極管，其包括:一基板，該基板為前述的圖案化光電基板；一緩沖層，該緩沖層為設置于該基板上；以及一光電組件，該光電組件為設置于該緩沖層上，且該光電組件含有一第一半導體層、一發光層、及一第二半導體層，其中，該第一半導體層為接合至該緩沖層，該發光層為夾設于該第一半導體層及該第二半導體層之間，其中，該第一半導體層及該第二半導體層為具有相對電性，例如，該第一半導體層及該第二半導體層分為P型半導體層及N型半導體層，或該第一半導體層及該第二半導體層分為N型半導體層及P型半導體層。此外，在前述本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，還包括一第一電極及一第二電極，該第一電極及該第二電極為分別電性接合于該第一半導體層及該第二半導體層，且該第一電極及該第一半導體層或該第二電極及該第二半導體層具有相同的電性，例如，該第一電極及該第一半導體層均為正電性，該第二電極及該第二半導體層均為負電性，或者，該第一電極及該第一半導體層均為負電性，該第二電極及該第二半導體層均為正電性。此外，在前述本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該光電組件可以為直通式發光二極管、側通式發光二極管、或芯片倒裝式發光二極管，本發明并未局限于此。
[0030]此外，在前述本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該緩沖層可為一氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、或其類似物、或其組合，用以降低該基板(如，藍寶石基板)及該光電組件(如，發光二極管的氮化鎵外延層)間的晶格不匹配所造成的應力，進而達到降低光電組件內缺陷數量的目的；此外，除了利用氮化鎵外延層作為該光電組件以形成一發光二極管之外，于本發明的另一態樣中，還可以選用一太陽能基板作為該光電組件以形成一太陽能電池，此時，該緩沖層也可以為一非晶硅碳化物，同樣也可用以降低該基板(如，藍寶石基板)及該太陽能單晶層或太陽能多晶層間的晶格不匹配所造成的應力，進而達到降低光電組件內缺陷數量的目的，且本發明并未局限于此。
[0031 ] 在本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該基板可具有一第一圖案化結構、一間隔區域及一第二圖案化結構，其中，該第二圖案化結構可形成于該第一圖案化結構及該間隔區域的其中一者或兩者，且該第一圖案結構可為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，該間隔區域可為一平面結構，且該第二圖案化結構可為一次微米級凹槽結構。
[0032]由于氮化鎵與藍寶石基板間的晶格不匹配結構，使氮化鎵薄膜內部出現許多不同種類的差排缺陷，造成使氮化鎵薄膜差排密度達1iciCnT2，嚴重影響外延晶體質量，因此，本發明可由氮化鎵薄膜在圖案基板側壁上(例如，在第一圖案化結構的微米級突出結構或微米級凹槽結構的側面，或在該第二圖案化結構的次微米級凹槽結構的側面)成長以改變氮化鎵薄膜差排缺陷成長方向，使互相交錯形成堆棧錯位等消除缺陷，或于第二圖案化結構的次微米級凹槽結構中形成空洞，進而降低薄膜內部差排密度以提升晶體質量，其中，該微米級圖案化光電基板可以將光電組件的差排密度降低至18CnT2，該微米級圖案化光電基板可以將光電組件的差排密度降低至17CnT2或更低。
[0033]在本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該光電組件的差排密度可為17CnT2或更低。于本發明的一態樣中，該光電組件的差排密度可為16CnT2至17CnT2。本發明的另一態樣中，該光電組件的差排密度可為15CnT2至106cnT2。
[0034]本發明進一步提出使用配有積分球的光譜儀對于圖案基板進行光學特性量測，并通過全反射率(鏡射反射率與漫射反射率的合)與漫反射率兩項光學參數量測，以作為設計圖案化基板的圖案尺寸(外徑、高度或深度、間距)依據。一般而言，漫反射率較高的圖案基板對于發光二極管的光萃取效率提升有實質的影響。在本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該基板的全反射率可依據第一圖案化結構或第二圖案化結構的結構設計而任意變化，例如，改變第一圖案化結構的深度或高度、外徑及間距，或者，改變第二圖案化結構的深度或外徑，其中，該基板的全反射率可為30%以上，較佳為該基板的全反射率可為40%以上，更佳為該基板的全反射率可為90%至100%，最佳為該基板的全反射率可達到趨近于100% ;此外，在本發明的一種具有圖案化光電基板的發光二極管中，該基板的漫反射率可依據第一圖案化結構或第二圖案化結構的結構設計而任意變化，例如，改變第一圖案化結構的深度或高度、外徑及間距，或者，改變第二圖案化結構的深度或外徑，其中，該基板的漫反射率可為35%以上，較佳為該基板的漫反射率可為50%以上，更佳為該基板的漫反射率可為90%至100%，最佳為該基板的漫反射率可達到趨近于100%。
[0035]相較于一般具有微米級圖案化基板，本發明兼具微米級及次微米級圖案化基板將可使具有微米級圖案化基板的全反射率及漫反射率大幅提升，或者，相較于完全平面的無圖案化基板，本發明兼具微米級及次微米級圖案化基板還可使無圖案化基板的全反射率及漫反射率大幅提升；因此，本發明兼具微米級及次微米級圖案化基板將可有效提升基板的全反射率及漫反射率，并助于提升發光二極管的光萃取效率，進而增加發光二極管的發光亮度。
[0036]綜上所述，根據本發明的圖案化光電基板及其制法、及具有該圖案化光電基板的發光二極管，其可由基板表面的圖案化設計，以提升外延質量或減少氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，進而使發光二極管具有更優異的發光效率及性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1A至IH是本發明實施例1的圖案化光電基板的制備流程示意圖。
[0038]圖2是本發明實施例2的圖案化光電基板的示意圖。
[0039]圖3A至3C是本發明實施例3至實施例5的圖案化光電基板的示意圖。
[0040]圖4A及4B是本發明實施例6及實施例7的圖案化光電基板的示意圖。
[0041]圖5是本發明實施例8的具有該圖案化光電基板的發光二極管的示意圖。
[0042]圖6A及圖6B是本發明實施例1的圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖。
[0043]圖7A及圖7B是本發明實施例8的基板全反射率及漫反射率比較圖。附圖中主要組件符號說明:
[0044]基板10、20、301、302、303、401、402 ;第一圖案化結構 11、21、311、312、313、411、412 ;間隔區域12、22、321、322、323、421、412 ;第一金屬層13 ;第二金屬層14 ;第二圖案化結構15、25、351、352、353、451、452 ;緩沖層50 ;第一半導體層51 ;發光層52 ;第二半導體層53 ;第一電極54 ;第二電極55 ;角度A、B。

【具體實施方式】
[0045]以下是由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明亦可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針對不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0046]實施例1
[0047]請參考圖1A至1H，是本發明實施例1的圖案化光電基板的制備流程示意圖。首先，請參考圖1A及圖1B，提供一基板10，該基板10為一平面表面的藍寶石基板或硅基板，并由第一蝕刻處理于基板10表面形成一第一圖案化結構11及一間隔區域12 ;其中，在第一蝕刻處理過程中，包括提供一第一光阻層(圖未顯示)設置于基板10部分表面上，使第一蝕刻處理為選擇性地移除部分的基板10，以形成具有圓錐狀的微米級突出結構的第一圖案化結構11及平面結構的間隔區域12，且該第一圖案化結構11(即，微米級突出結構)的高度為1.2微米至2微米，外徑為I微米至5微米，相鄰的該第一圖案化結構11的間距(即為該間隔區域12的長度或寬度)為0.3微米至I微米。
[0048]接著，請參考圖1C，于基板10上的第一圖案化結構11及間隔區域12表面依序形成一第一金屬層13及一第二金屬層14,其中，第一金屬層13或第二屬層14為由電子束蒸鍍法以形成于基板10上的第一圖案化結構11及間隔區域12表面，該第一金屬層13為厚度為I納米至I微米的鈦金屬層，該第二金屬層14為厚度為10納米至100微米的鋁金屬層。
[0049]接著，請參考圖1D，由一陽極氧化鋁處理以于第二金屬層14上形成一第二圖案化結構15，該第二圖案化結構15位于第一圖案化結構11及間隔區域12兩者的上方，請一并參考圖6A所示的圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖；并由一第二蝕刻處理使第二圖案化結構15由第二金屬層14向下延伸至第一金屬層13及基板10的部分表面，如圖1E所示；最后，請參考圖1F，由一酸液處理以自基板10上移除第一金屬層13及第二金屬層14，以形成具有第一圖案化結構11及第二圖案化結構15的圖案化光電基板10，其中，第二圖案化結構15為角錐狀的次微米級凹槽結構深度為10納米至10微米，外徑為20納米至950納米，使第一圖案化結構11上含有第二圖案化結構15的數目為每平方公分(平方厘米)IXlO8 至 2.5X1011 個。
[0050]在前述第一圖案化結構11及第二圖案化結構15的形成過程中，該第一蝕刻處理或第二蝕刻處理可為一等向性蝕刻或一非等向性蝕刻，例如，電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法(ICP-RIE)、化學液蝕刻法、干式蝕刻法、等離子體蝕刻法、或激光加工法。在此實施例1中，為利用非等向性蝕刻的電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法作為第一蝕刻處理以形成第一圖案化結構11，并由陽極氧化鋁處理以于第二金屬層14上形成第二圖案化結構15之后，再利用非等向性蝕刻的電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法作為第二蝕刻處理以使第二圖案化結構15向下延伸至第一金屬層13及基板10的部分表面；此外，前述第一蝕刻處理中，除了可利用非等向性蝕刻的電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法以形成圓錐狀的第一圖案化結構11之外，也可以利用等向性蝕刻的化學液蝕刻法以形成六角錐狀的第一圖案化結構11。
[0051]此外，如圖1G所示，第一圖案化結構11的縱向面與間隔區域12間具有一夾角A (請一并參考圖1B所標示的位置G)，即第一圖案化結構11具有20度至75度的傾斜角度；如圖1H所示，第二圖案化結構15的縱向面與其底部間具有一夾角B (請一并參考圖1F所標示的位置H)，即第二圖案化結構15具有90度至150度的傾斜角度。
[0052]實施例2
[0053]請參考圖2，為本發明實施例2的圖案化光電基板的示意圖。實施例2與前述實施例I所述的圖案化光電基板及其制作流程大致相同，除了在第一圖案化結構的凹凸型態不同。不同于實施例1為具有圓錐狀的微米級突出結構的第一圖案化結構(請一并參考圖IB),在實施例2中，是提供一第一光阻層(圖未顯不)設置于基板20部分表面上,使第一蝕刻處理為選擇性地移除部分的基板20，以形成具有圓錐狀的微米級凹槽結構的第一圖案化結構21及平面結構的間隔區域22 ;接著，并依據實施例1的制作流程，使第一圖案化結構21上含有復數個第二圖案化結構25，以形成具有第一圖案化結構21及第二圖案化結構25的圖案化光電基板20。
[0054]實施例3至實施例5
[0055]請參考圖3A至3C，是本發明實施例3至實施例5的圖案化光電基板的示意圖。實施例3至實施例5與前述實施例1所述的圖案化光電基板及其制作流程大致相同，除了在第一圖案化結構的形狀不同。
[0056]不同于實施例1為具有圓錐狀的微米級突出結構的第一圖案化結構(請一并參考圖1B)，請參考圖3A，在實施例3中，是提供一第一光阻層(圖未顯示)設置于基板301部分表面上，使第一蝕刻處理為選擇性地移除部分的基板301，以形成具有三角錐狀的微米級突出結構的第一圖案化結構311及平面結構的間隔區域321 ;接著，并依據實施例1的制作流程，使第一圖案化結構311上含有復數個第二圖案化結構351，以形成具有第一圖案化結構311及第二圖案化結構351的圖案化光電基板301。
[0057]請參考圖3B，在實施例4中，是提供一第一光阻層(圖未顯示)設置于基板302部分表面上，使第一蝕刻處理為選擇性地移除部分的基板302，以形成具有四角柱狀的微米級突出結構的第一圖案化結構312及平面結構的間隔區域322 ;接著，并依據實施例1的制作流程，使第一圖案化結構312上含有復數個第二圖案化結構352，以形成具有第一圖案化結構312及第二圖案化結構355的圖案化光電基板302。
[0058]請參考圖3C，在實施例5中，是提供一第一光阻層(圖未顯示)設置于基板303部分表面上，使第一蝕刻處理為選擇性地移除部分的基板303，以形成具有五角柱狀(即，三角錐狀及四角柱狀的結合)的微米級突出結構的第一圖案化結構313及平面結構的間隔區域323 ;接著，并依據實施例1的制作流程，使第一圖案化結構313上含有復數個第二圖案化結構353，以形成具有第一圖案化結構313及第二圖案化結構353的圖案化光電基板303。
[0059]實施例6及實施例7
[0060]請參考圖4A及4B，是本發明實施例6及實施例7的圖案化光電基板的示意圖。實施例6及實施例7與前述實施例1所述的圖案化光電基板及其制作流程大致相同，除了在第二圖案化結構的分布位置不同。
[0061]不同于實施例1的第二圖案化結構同時位于第一圖案化結構及間隔區域兩者的上方，請參考圖4A，在實施例6中，是提供一第二光阻層(圖未顯示)設置于第一圖案化結構411上方的第二金屬層表面(圖未顯示)，使陽極氧化鋁處理為選擇性地移除部分的間隔區域421上方的第二金屬層；接著，并依據實施例1的制作流程，形成具有第一圖案化結構411及第二圖案化結構451的圖案化光電基板401，其中，第一圖案化結構411上方不具有第二圖案化結構451，只有在間隔區域421上方具有第二圖案化結構451。
[0062]請參考圖4B，在實施例7中，是提供一第二光阻層(圖未顯示)設置于間隔區域422上方的第二金屬層表面(圖未顯示)，使陽極氧化鋁處理為選擇性地移除部分的第一圖案化結構412上方的第二金屬層；接著，并依據實施例1的制作流程，形成具有第一圖案化結構412及第二圖案化結構422的圖案化光電基板402，其中，間隔區域422上方不具有第二圖案化結構451，只有在第一圖案化結構412上方具有第二圖案化結構451。
[0063]實施例8
[0064]請參考圖5，是本發明實施例8的具有該圖案化光電基板的發光二極管的示意圖，其提供一緩沖層及一光電組件形成于前述實施例1的圖案化光電基板上以形成一發光二極管。
[0065]請參考圖5，在實施例8中，其包括:一基板10，該基板10為前述實施例1的圖案化光電基板；一緩沖層50，設置于該基板10上，其可為一氮化鎵層，用以改善基板10及該光電組件間的晶格不匹配產生的應力與缺陷；以及一光電組件，該光電組件設置于該緩沖層50上，且該光電組件含有第一半導體層51、發光層52、及第二半導體層53，其中，第一半導體層51接合至緩沖層50,發光層52為夾設于第一半導體層51及第二半導體層53之間。
[0066]上述的基板10具有第一圖案化結構11、間隔區域12及第二圖案化結構15，該第二圖案化結構15同時形成于第一圖案化結構11及間隔區域12的兩者，且第一圖案結構11為微米級突出結構，該第二圖案化結構15為次微米級凹槽結構；此外，其包括第一電極54及第二電極55,且第一電極54及第二電極55為分別電性接合于第一半導體51及第二半導體層53。
[0067]測試例I
[0068]請參考圖6A及圖6B，是本發明實施例1的圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖，其中，圖6A及圖6B為采用不同配方的陽極氧化鋁處理液以于第二金屬層上形成一第二圖案化結構。請一并參考圖1C及圖1F，于實施例1中，由一陽極氧化鋁處理以于第二金屬層14上形成一第二圖案化結構15，并由第二蝕刻處理使第二圖案化結構15由第二金屬層14向下延伸至第一金屬層13及基板10的部分表面，最后，再由一酸液處理以自基板
10上移除第一金屬層13及第二金屬層14，以形成具有第一圖案化結構11及第二圖案化結構15的圖案化光電基板10，其中，前述酸液處理為選用含有氫氟酸、硝酸及醋酸以一特定比例(例如，氫氟酸:硝酸:醋酸=2:3:10)調配而成，并酸洗約2分鐘。
[0069]圖6A為本發明實施例1的圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖，其為采用濃度0.3M的草酸溶液作為陽極氧化鋁處理的電解液，以于第二金屬層上形成一第二圖案化結構，再依序經由電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法及酸液處理以在基板上形成外徑為20納米至120納米、深度為150納米的第二圖案化結構。圖6B為本發明實施例1的另一圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖，其為采用磷酸溶液作為陽極氧化鋁處理的電解液，以于第二金屬層上形成一第二圖案化結構，再依序經由電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法及酸液處理以在基板上形成外徑為80納米至250納米、深度為150納米的第二圖案化結構。由圖6A及圖6B的圖案化光電基板的掃描式電子顯微鏡影像圖的結果顯示，選用草酸溶液作為陽極氧化鋁處理的電解液時，可提供具有較小外徑的第二圖案化結構，另一方面，選用磷酸溶液作為酸液處理時，則可提供具有較大外徑的第二圖案化結構。
[0070]測試例2
[0071]請參考圖7A及圖7B，是本發明實施例1的基板全反射率及漫反射率比較圖，其是使用光譜儀量測兼具微米級及次微米級圖案化的藍寶石基板，在波長范圍400納米至700納米之間的全反射率(total reflect1n rate)與漫反射率(diffuse reflect1n rate)光學特性，并與具有無圖案化基板或只具有微米級圖案化基板進行比較。在圖7A及圖7B中，曲線A至曲線C分別表示具有不同基板結構的全反射率及漫反射率，其中，曲線A為表示無圖案化基板(例如，圖1A所示的平面基板)，曲線B為表示為具有微米級圖案化基板(例如，圖1B所示具有第一圖案化結構的基板)，曲線C為表示兼具微米級及次微米級圖案化基板(例如，圖1F所示兼具第一圖案化結構及第二圖案化結構的基板)的發光二極管。
[0072]請參考圖7A，在全反射率部份，曲線A的平均全反射率為28.27%，曲線B的平均全反射率為29.72%，曲線C的平均全反射率為34.91%。實驗結果顯示，具有微米級圖案化基板(曲線B)將可以使無圖案化基板(曲線A)的平均全反射率由28.27%提升至29.72%，即為使無圖案化基板(曲線A)的平均全反射率再增加5% ;此外，兼具微米級及次微米級圖案化基板(曲線C)將可以使具有微米級圖案化基板(曲線B)的平均全反射率由29.72%提升至34.91%，即為使具有微米級圖案化基板(曲線B)的平均全反射率再增加17%。此外，本發明也可以視使用需求而任意選用具有不同全反射率的微米級圖案化基板，例如，選用一具有微米級圖案化基板的全反射率為80%，若再加上第二圖案化結構以形成兼具微米級及次微米級圖案化基板，則可以使其全反射率由80%提升為93.6%。
[0073]請參考圖7B，在漫反射率部份，曲線A的平均漫反射率為23.09%,曲線B的平均漫反射率為33.32%，曲線C的平均漫反射率為39.80%。實驗結果顯示，具有微米級圖案化基板(曲線B)將可以使無圖案化基板(曲線A)的平均漫反射率由23.09%提升至33.32%，即為使無圖案化基板(曲線A)的平均漫反射率再增加44%;此外，兼具微米級及次微米級圖案化基板(曲線C)將可以使具有微米級圖案化基板(曲線B)的平均漫反射率由33.32%提升至39.80%,即為使具有微米級圖案化基板(曲線B)的平均漫反射率再增加19%。此夕卜，本發明也可以視使用需求而任意選用具有不同漫反射率的微米級圖案化基板，例如，選用一具有微米級圖案化基板的漫反射率為80%，若再加上第二圖案化結構以形成兼具微米級及次微米級圖案化基板，可以使其漫反射率由80%提升為95.2%。
[0074]而根據實驗結果顯示，分別成長于測試例I中采用不同配方的陽極氧化鋁處理液所形成兼具微米級及次微米級圖案化基板(即，圖6A與圖6B)的發光二極管，其發光亮度相較于僅具有微米級圖案化基板將可以再提升約8%及12%。因此，本發明兼具微米級及次微米級圖案化基板可以有效提升基板的全反射率與漫反射率，并有助于提升發光二極管的光萃取效率，進而增加發光二極管的發光亮度。上述實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍自應以申請的權利要求范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
【權利要求】
1.一種圖案化光電基板的制作方法，其步驟包括: (A)提供一基板； (B)由一第一蝕刻處理于該基板表面形成一第一圖案化結構及一間隔區域； (C)形成一第一金屬層及一第二金屬層于該基板上的該第一圖案化結構及該間隔區域表面； (D)由一陽極氧化鋁處理于該第二金屬層上形成一第二圖案化結構，該第二圖案化結構位于該第一圖案化結構及該間隔區域上方的其中一者或兩者； (E)由一第二蝕刻處理使該第二圖案化結構向下延伸至該第一金屬層及該基板的部分表面；以及 (F)由一酸液處理以自該基板上移除該第一金屬層及該第二金屬層，以形成具有該第一圖案化結構及該第二圖案化結構的該基板。
2.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(B)及(E)中，該第一蝕刻處理或該第二蝕刻處理為一等向性蝕刻或一非等向性蝕刻。
3.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(B)及(E)中，該第一蝕刻處理或該第二蝕刻處理為電感式偶合等離子體反應性離子蝕刻法、化學液蝕刻法、干式蝕刻法、等離子體蝕刻法或激光加工法。
4.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(B)中，包括提供一第一光阻層設置于該基板的部分表面上，使該第一蝕刻處理系為選擇性地移除部分的該基板。
5.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(B)中，該第一圖案化結構為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構。
6.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(C)中，該第一金屬層或該第二屬層的形成是由涂布法、化學電鍍法、濺鍍法、蒸鍍法、陰極電弧法或化學氣相沉積法。
7.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(C)中，該第一金屬層是至少一選擇由鈦、鉻、鑰、或其組合所組成的群組，且該第一金屬層的厚度為I納米至I微米。
8.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(C)中，該第二金屬層為鋁，且該第二金屬層的厚度為10納米至100微米。
9.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(D)中，包括提供一第二光阻層設置于該第一圖案化結構上方的該第二金屬層表面，使該陽極氧化鋁處理系為選擇性地移除部分的該間隔區域上方的該第二金屬層。
10.如權利要求1或9所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，該第二圖案化結構是形成于該間隔區域上方的該第二金屬層。
11.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(D)中，包括提供該第二光阻層設置于該間隔區域上方的該第二金屬層表面，使該陽極氧化鋁處理為選擇性地移除部分的該第一圖案化結構上方的該第二金屬層。
12.如權利要求1或11所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，該第二圖案化結構是形成于該第一圖案化結構上方的該第二金屬層。
13.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(E)中，該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構。
14.如權利要求1所述的圖案化光電基板的制作方法，其中，于步驟(F)之后，包括提供一緩沖層及一光電組件形成于該基板上。
15.—種圖案化光電基板,其包括一基板，該基板具有一第一圖案化結構、一間隔區域及一第二圖案化結構，其中，該第二圖案化結構是形成于該第一圖案化結構及該間隔區域的其中一者或兩者，且該第一圖案結構為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構。
16.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第一圖案化結構或該第二圖案化結構為圓錐狀、圓弧狀、圓柱狀、角錐狀或角柱狀。
17.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第一圖案化結構具有20度至75度的傾斜角度，該第二圖案化結構具有90度至150度的傾斜角度。
18.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該微米級突出結構的高度或該微米級凹槽結構的深度為I微米至5微米。
19.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第一圖案化結構的外徑為I微米至5微米。
20.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，相鄰的該第一圖案化結構的間距為0.1微米至5微米。
21.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第二圖案化結構的深度為10納米至10微米。
22.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第二圖案化結構的外徑為20納米至950納米。
23.如權利要求15所述的圖案化光電基板，其中，該第一圖案化結構上含有第二圖案化結構的數目為每平方厘米I X 18至2.5 X 111個。
24.—種具有圖案化光電基板的發光二極管,包括: 一基板，該基板為依據權利要求15至23中任一項所述的圖案化光電基板； 一緩沖層，該緩沖層系設置于該基板上；以及 一光電組件，該光電組件是設置于該緩沖層上，且該光電組件含有一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層，其中，該第一半導體層是接合至該緩沖層，該發光層夾設于該第一半導體層及該第二半導體層之間。
25.如權利要求24所述的發光二極管,其中，該基板具有一第一圖案化結構、一間隔區域及一第二圖案化結構，該第二圖案化結構形成于該第一圖案化結構及該間隔區域的其中一者或兩者，且該第一圖案結構為一微米級突出結構或一微米級凹槽結構，該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構。
26.如權利要求24所述的發光二極管，其中，該光電組件的差排密度為17CnT2或更低。
27.如權利要求24所述的發光二極管，其中，該基板的全反射率為30%以上。
28.如權利要求24所述的發光二極管，其中，該基板的漫反射率為35%以上。
29.如權利要求24所述的發光二極管,其中,包括一第一電極及一第二電極,該第一電極及該第二電極是分別電性接合于該第一半導體層及該第二半導體層。
【文檔編號】H01L33/10GK104465917SQ201310638546
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年4月1日
【發明者】柯文政, 陳衛國, 洪福益, 何嘉哲 申請人:中國砂輪企業股份有限公司