[發明專利]高光取出率的固態發光元件

有效

• 申請號: 200610087027.4
• 申請日: 2006-06-12
• 公開（公告）號: CN101090143A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 武東星;洪瑞華;王偉凱;文國昇
• 申請（專利權）人: 武東星
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司
• 代理人: 萬學堂

技術領域

本發明涉及一種固態發光元件(solid-state?light?emitting?device)，特別是指一種高光取出率(extraction?efficiency)的固態發光元件。

背景技術

在磊晶(epitaxy)過程中，往往因形成于發光層(active?layer)內部的大量貫穿式差排(threading?dislocation，以下簡稱TDs)而導致固態發光元件無法取得優異的內部量子效率(internal?quantum?efficiency)。因此，熟知固態發光元件領域者皆知，降低發光層內的差排量將可有效地提升固態發光元件的內部量子效率。

除此以外，為使得固態發光元件的內部量子效率可有效地回饋于外部量子效率(external?quantum?efficiency)上，固態發光元件相關領域者一般是使用圖案化基材(patterned?substrate)或是借由對固態發光元件的出光面予以粗化(roughen)，進而增加發光源的全反射(total?reflection)效應并有效地將內部量子效率回饋于外部量子效率上。

參閱圖1，發明人于中國臺灣專利證書編號第I236773號發明專利中提及一種高效率發光元件，并于說明書中揭露出一圖案化藍寶石(sapphire；化學式為Al₂O₃)基板11，包括一藍寶石板本體111及多數個凹設于該藍寶石板本體111的凹槽112。所述凹槽112分別是經由對設置于該藍寶石板本體111的一上表面且具有圓洞圖案的遮罩(mask)施予干式蝕刻(dry?etching)所形成。該圖案化藍寶石基板11進一步地，是被用來在其上面磊制一半導體磊晶膜12并于后續完成元件制程以制得該高效率發光元件。

利用此種圖案化藍寶石基板11以作為磊制固態發光元件用的基板，可借由所述凹槽112并配合施予橫向磊晶技術(lateral?epitaxial?growth)，以降低位于所述凹槽112差階處的半導體磊晶膜12與該藍寶石板本體111的接觸面積，進而減少TDs密度，并同時達到增加內部量子效率及外部量子效率的功效。前揭借由凹槽112及橫向磊晶技術等相關晶體學(crystallography)原理，可參見發明人于前揭專利說明書的揭示內容。

雖然前揭專利的發明概念可同時增加內外部量子效率，但是礙于干式蝕刻法的反應機制，致使其蝕刻深度不但是受到深寬比(aspect?ratio)的限制，此外，用于干式蝕刻法的反應式電漿(plasma)氣體對于該藍寶石板本體111所能產生的反應深度也有限，因此，此處的凹槽112對于最終所貢獻出來的外部量子效率仍有提升的空間。

另，參閱附件一及圖4，Jing?Wang、L?W.Gua及H.Q.Jia等人于J.Vac.Sci.Technol.B23(6)，Nov/Dec?2005，2476-2749揭露一種無傾斜側翼的氮化鎵膜(wing-tilt-freegalliumnitride)13。

以下配合參閱圖2至圖4說明前揭文獻的技術概念。前揭文獻是以硫酸(H₂SO₄)作為的蝕刻劑(etchant)，對一設置于一藍寶石板本體141上的長條狀遮罩(圖未示)施予濕式蝕刻(wetetching)，以在該藍寶石板本體141上形成多數個以距離為3.5μm相間隔設置，且寬度及深度分別為3.0μm及1.25μm的條狀V型溝槽142，進而完成一圖案化藍寶石基板14；進一步地，利用橫向磊晶法于該圖案化藍寶石基板14沉積一氮化鎵膜以形成該無傾斜側翼的氮化鎵膜13。

前揭文獻的藍寶石板本體141是呈六方晶系(hexagonal?system)的單晶結構，而由圖2中以米勒指針(Miller?indices)所示的藍寶石晶體結構的晶面(crystal?facets)及方向(direction)可知，設置于該藍寶石板本體141上的長條狀遮罩主要是的方向設置，進而限制蝕刻劑只針對藍寶石晶體面面沿著c軸向下蝕刻，因此，所述條狀V型溝槽142主要是由藍寶石晶體面面所貢獻而得。

前揭文獻主要探討的問題是在于，借由形成于該藍寶石板本體141的條狀V型溝槽142以提升該無傾斜側翼的氮化鎵膜13的結晶品質，進而使其后續所完成的固態發光元件的內部量子效率得以優化。