[发明专利]发光二极管结构及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构及制造方法，尤其涉及一种在切割道区域的表面形成多个凹部与凸部的发光二极管结构及制造方法。

背景技术

为了实现固态照明，开发以及改善发光二极管的发光效率便成为当务之急。改善发光二极管的发光效率的方式可分成两部分：其一为提高发光二极管的内部量子效率；其二为增加发光二极管的外部量子效率(光取出率)。

在外部量子效率方面，因为一般半导体材料与封装材料的折射率相差甚多，使得全反射角小，所以发光二极管所产生的光到达与空气的界面时，大于临界角的光将产生全反射回到发光二极管晶粒内部。光子在交界面离开半导体的机率变小，让光子只能在内部全反射直到被吸收殆尽，使光转成热的形式，造成发光效果不佳。

因此，改变发光二极管元件的几何形状是一个有效提升发光效率的方法-在光取出率方面。根据美国专利US7,075,115，该专利所批漏的技术是一种于发光二极管元件周围具备凹凸几何形状的半导体发光元件，相较于发光二极管元件周围是平坦形状情况下，横方向传播的光可以被这些凹部或凸部影响，从而产生散射或绕射效果，大幅提高外部量子效率。

但是，该专利制造这些凹部或凸部几何形状的方法，是先形成钝化层结构于发光二极管的半导体层表面，再利用使用黄光微影方式，图案定义出这些凹部或凸部几何形状，再利用干蚀刻或湿蚀刻方式对发光二极管元件周围的半导体层上蚀刻出这些凹部或凸部结构。此种制造过程不但繁琐费时，亦会增加不少成本，相当不符合发光二极管的商业应用。

发明内容

于是为解决上述的缺陷，本发明提供一种发光二极管结构及制造方法，于基板的切割道表面自然形成化学反应层，利用该化学反应层为自然蚀刻遮罩，通过湿蚀刻或干蚀刻法，形成具凹凸表面的不规则几何形状于该基板的切割道区域表面上，再利用磊晶成长方式，自然形成周围具备凹凸几何形状的半导体发光元件，提升发光二极管的外部量子效率，适合商业上的大量生产。

本发明的发光二极管的制造方法包括：先提供基板，该基板表面成长钝化层，并将该钝化层图形化，定义出被该钝化层覆盖的元件区域与外露该基板表面的切割道区域，其中该基板是蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化铝、氮化镓基板其中之一。将该基板放置于第一溶液内进行反应，使该切割道区域外露的基板表面自然形成高密度的化学反应层，然后以该钝化层与该化学反应层作为遮罩，对该基板的切割道区域进行选择性蚀刻，其蚀刻法可为干式蚀刻法或湿式蚀刻法，使该切割道区域无该化学反应层之处形成多个凹部与上方有该化学反应层的凸部。

再将该基板放置于第二溶液内蚀刻，除去该化学反应层，使该基板的切割道区域表面形成具有凹部与凸部的不规则几何形状，然后除去该钝化层，且将该基板表面清洁干净。接下来，于该基板的表面利用磊晶成长技术，成长半导体层结构于该基板表面的元件区域与切割道区域，且该切割道区域上的半导体层结构表面具有多个半导体层凹部与半导体层凸部。最后再利用黄光微影制程，使元件区域上的半导体层结构形成发光二极管元件。

该半导体层结构是依序磊晶结合至少一层n型半导体层、一层活性层与至少一层p型半导体层，其中该活性层作为发光区形成于该n型半导体层与该p型半导体层之间；且通过黄光微影制程，使元件区域上的半导体层结构的该p型半导体层与p型欧姆接触电极电性连接，且该n型半导体层与n型欧姆接触电极电性连接，用以对该发光二极管元件提供顺向偏压，而该切割道区域被蚀刻至该n型半导体层，且该n型半导体层表面具有多个半导体层凹部与半导体层凸部。

其中该第一溶液和第二溶液是酸性溶液族群、碱性溶液族群至少一种材料及其族群的组合其中之一。该酸性溶液族群是氢氟酸(HF)、硫酸(H₂SO₄)、盐酸(HCl)、磷酸(H₃PO₄)、硝酸(HNO₃)、王水(Aqua regia)、二氧化硅蚀刻剂(Buffered Oxide Etch，BOE)、铝蚀刻液(Al Etchant)、过氧化氢(H₂O₂)、甲酸(HCOOH)、乙酸(CH₃COOH)、丁二酸(C₄H₆O₄)及柠檬酸(Citric Acid)。该碱性溶液族群是氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钙(Ca(OH)₂)、氢氧化铵(NH₄OH)、氢氧化四甲基铵溶液(tetramethylammonium hydroxide，TMAH)。