[发明专利]高光取出率的固态发光元件有效

专利信息
申请号: 200610087027.4 申请日: 2006-06-12
公开(公告)号: CN101090143A 公开(公告)日: 2007-12-19
发明(设计)人: 武东星;洪瑞华;王伟凯;文国昇 申请(专利权)人: 武东星
主分类号: H01L33/00 分类号: H01L33/00
代理公司: 中国商标专利事务所有限公司 代理人: 万学堂
地址: 台湾省台中市南区*** 国省代码: 中国台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 取出 固态 发光 元件
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种固态发光元件(solid-state light emitting device),特别是指一种高光取出率(extraction efficiency)的固态发光元件。

背景技术

在磊晶(epitaxy)过程中,往往因形成于发光层(active layer)内部的大量贯穿式差排(threading dislocation,以下简称TDs)而导致固态发光元件无法取得优异的内部量子效率(internal quantum efficiency)。因此,熟知固态发光元件领域者皆知,降低发光层内的差排量将可有效地提升固态发光元件的内部量子效率。

除此以外,为使得固态发光元件的内部量子效率可有效地回馈于外部量子效率(external quantum efficiency)上,固态发光元件相关领域者一般是使用图案化基材(patterned substrate)或是借由对固态发光元件的出光面予以粗化(roughen),进而增加发光源的全反射(total reflection)效应并有效地将内部量子效率回馈于外部量子效率上。

参阅图1,发明人于中国台湾专利证书编号第I236773号发明专利中提及一种高效率发光元件,并于说明书中揭露出一图案化蓝宝石(sapphire;化学式为Al2O3)基板11,包括一蓝宝石板本体111及多数个凹设于该蓝宝石板本体111的凹槽112。所述凹槽112分别是经由对设置于该蓝宝石板本体111的一上表面且具有圆洞图案的遮罩(mask)施予干式蚀刻(dry etching)所形成。该图案化蓝宝石基板11进一步地,是被用来在其上面磊制一半导体磊晶膜12并于后续完成元件制程以制得该高效率发光元件。

利用此种图案化蓝宝石基板11以作为磊制固态发光元件用的基板,可借由所述凹槽112并配合施予横向磊晶技术(lateral epitaxial growth),以降低位于所述凹槽112差阶处的半导体磊晶膜12与该蓝宝石板本体111的接触面积,进而减少TDs密度,并同时达到增加内部量子效率及外部量子效率的功效。前揭借由凹槽112及横向磊晶技术等相关晶体学(crystallography)原理,可参见发明人于前揭专利说明书的揭示内容。

虽然前揭专利的发明概念可同时增加内外部量子效率,但是碍于干式蚀刻法的反应机制,致使其蚀刻深度不但是受到深宽比(aspect ratio)的限制,此外,用于干式蚀刻法的反应式电浆(plasma)气体对于该蓝宝石板本体111所能产生的反应深度也有限,因此,此处的凹槽112对于最终所贡献出来的外部量子效率仍有提升的空间。

另,参阅附件一及图4,Jing Wang、L W.Gua及H.Q.Jia等人于J.Vac.Sci.Technol.B23(6),Nov/Dec 2005,2476-2749揭露一种无倾斜侧翼的氮化镓膜(wing-tilt-freegalliumnitride)13。

以下配合参阅图2至图4说明前揭文献的技术概念。前揭文献是以硫酸(H2SO4)作为的蚀刻剂(etchant),对一设置于一蓝宝石板本体141上的长条状遮罩(图未示)施予湿式蚀刻(wetetching),以在该蓝宝石板本体141上形成多数个以距离为3.5μm相间隔设置,且宽度及深度分别为3.0μm及1.25μm的条状V型沟槽142,进而完成一图案化蓝宝石基板14;进一步地,利用横向磊晶法于该图案化蓝宝石基板14沉积一氮化镓膜以形成该无倾斜侧翼的氮化镓膜13。

前揭文献的蓝宝石板本体141是呈六方晶系(hexagonal system)的单晶结构,而由图2中以米勒指针(Miller indices)所示的蓝宝石晶体结构的晶面(crystal facets)及方向(direction)可知,设置于该蓝宝石板本体141上的长条状遮罩主要是的方向设置,进而限制蚀刻剂只针对蓝宝石晶体面面沿着c轴向下蚀刻,因此,所述条状V型沟槽142主要是由蓝宝石晶体面面所贡献而得。

前揭文献主要探讨的问题是在于,借由形成于该蓝宝石板本体141的条状V型沟槽142以提升该无倾斜侧翼的氮化镓膜13的结晶品质,进而使其后续所完成的固态发光元件的内部量子效率得以优化。

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