[发明专利]一种具有经图案化的基底的发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光元件，尤其涉及一种具经图案化的基底的发光元件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；LED)由于具有省电及使用寿命长的特性，被视为节能产业的一种典型产品，未来取代传统照明市场的潜力也因而备受期待。但LED能否被广泛运用于各种照明，取决发光效率的提高和成本的下降，而提高光取出效率即为影响发光效率的重要因素。

表面粗化已被视为提高发光二极管光取出效率的有效方法之一，例如基板或最上层半导层的表面粗化。请参考图1为美国专利第6091085号所揭示具有表面粗化基板的发光元件，其中LED 10包括蓝宝石基板11和形成在其上表面的多个凸起111和多个凹陷112以散射发光层14发出的光线，进而增加光取出效率。多个凸起111和多个凹陷112可用机械研磨方式或离子蚀刻方式随机地在基板11与半导体层13接触的表面形成粗糙表面。此作法虽可通过基板表面粗化提高光取出效率，但基板表面同时也因如离子轰击后等粗化过程中造成基板表面的组成改变及晶格扭曲，而遭受破坏。另外，部分掩模材料或反应离子在过程中被溅击而陷入基板表面至某一深度，影响后续形成外延层的品质。至于机械研磨同样会对基板表面造成晶格结构的破坏，进而影响后续半导体层例如GaN的成长品质，降低内部量子效率。

Wang等人在Journal of The Electrochemical Society，153(3)C182-C185所发表的论文探讨一种以无掩模(maskless)方式横向再成长(Epitaxial LateralOvergrowth；ELOG)方法成长GaN层，其目的在改良传统ELOG工艺因为需要二氧化硅作为硬掩模而增加工艺复杂度，其研究主要在探讨如何在蓝宝石基板成长具有较低晶格缺陷的GaN层，特别是蓝宝石基板与GaN层的晶格不匹配(lattice mismatch)所造成穿透错位缺陷(Threading DislocationDefect；TDD)。其所揭示的方法是以湿蚀刻方式蚀刻蓝宝石基板表面以形成多个长条状的V型或U型沟槽，并探讨在不同蚀刻条件下所造成的蓝宝石基板裸露的晶面，对后续GaN横向再成长(Epitaxial Lateral Overgrowth；ELOG)的穿透错位缺陷密度的影响，以得到较少穿透错位缺陷的GaN层，提高外延层的品质。

发明内容

本发明提出具有经图案化的基底的发光元件，该经图案化的基底具有多个凹陷以散射由发光层发出的光线。该凹陷表面具有较少的晶格破坏，并且包括多个对称的斜面区。后续成长的半导体叠层可直接成长在该经图案化的基底上并填入该凹陷以达到较好的光取出效率。

本发明的另一目的在于提供一种具有经图案化的基底的发光元件，该经图案化的基底具有多个凹陷，该凹陷的开口图案为圆滑的封闭曲线，例如圆形或椭圆形，使凹陷具有平滑的表面。

本发明的另一目的在于提供一种具有经图案化的基底的发光元件的制造方法，该方法包括在基板上形成图案的硬掩模层，将包括图案的硬掩模层的基板以湿蚀刻方式在基板表面形成多个凹陷。湿蚀刻溶液是以磷酸为主，蚀刻时间控制在预定时间内，使凹陷具有平滑的表面，以利于后续的半导体层填入该多个凹陷，达到较好的光取出效率。

为此，本发明一方面提供一种半导体发光元件，包括：

经图案化的基底，包括多个具开口的凹陷；

半导体缓冲层，形成在该经图案化的基底上并填入该多个凹陷；

发光叠层，形成在该半导体缓冲层上，该发光叠层包括第一导电类型半导体层、活性层(或称有源层)和第二导电类型半导体层；和

第一电极与第二电极，分别与该第一导电类型半导体层和该第二导电类型半导体层电连接；

其中该凹陷的开口图案为圆滑封闭曲线。

本发明另一方面提供一种发光元件的制造方法，其包括下列各步骤：

形成图案的掩模层在基板上，以裸露该基板的一部分；

以湿蚀刻方式移除该裸露部分至预定深度，以形成多个具开口的凹陷；

移除该掩模层；并且

形成半导体层在该基板上使该半导体层填入该多个凹陷；

其中该凹陷的开口图案为圆滑封闭曲线。

附图说明

图1为示意图，显示依现有技术所示的发光元件；

图2A至2E为示意图，显示依本发明制造方法的各步骤示意图；

图3为示意图，显示依本发明所形成的经图案化的基底剖面及其对应的上视图；