[发明专利]发光半导体的图案化基材及其制造方法与发光半导体装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种发光半导体的图案化基材及其制造方法，且特别是有关于一种发光二极管的图案化基材及其制造方法。

背景技术

发光二极管用于照明必须提升其发光效率，而提高发光效率最常见的作法之一，就是将磊晶片表面上做粗化，以减少从主动区所发射的光线在到达半导体与周围空气的界面时发生全反射现象。因为如果光的入射角大于逃逸角锥(Escape Cone)的临界角(Critical Angle)时，会产生内部全反射(Total Internal Reflection)现象，对于高折射系数的半导体而言，其临界角都非常小，所以大部分从主动区所发射的光线，将被局限(Trapped)于半导体内部，这种被局限的光有可能会被较厚的基板所吸收。

另一种作法是将蓝宝石基板进行图案化(Patterned Sapphire Substrate；PSS)制程，图案化蓝宝石基材是采用平面蓝宝石基材，透过半导体制程先定义出规则排列的图案，再利用干或湿蚀刻制程，制作成有规则的图案化蓝宝石基材，透过图案化蓝宝石基材借以控制发光二极管的发光形式，可以减少差排密度、改善晶体的品质，来提升发光二极管的内部量子效率。图案化蓝宝石基材的凹凸结构也可以散射光线(Scattering Light)，增加光萃取效率(Extraction Efficiency)，因此能够增加发光二极管的发光效率。然而，图案化蓝宝石基材的设计于各厂家设计不同，也产生不同的光萃取效率或功能，在光萃取效率还是有提升的空间。

发明内容

因此，本发明的一目的是在提供一种改良的发光半导体的图案化基材及其制造方法与发光半导体装置。

根据上述本发明的目的，提出一种发光半导体的图案化基材，图案化基材的上表面设有多个凸出体，每一凸出体具有一大致平坦的顶面及多个弧形凸出侧壁。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于该些弧形凸出侧壁的数目。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于凸出体的一横切面轮廓的边数，顶面与横切面大致平行。

依据本发明另一实施例，图案化基材为蓝宝石基材或含硅基材。

根据上述本发明的目的，提出一种发光半导体装置，其包含一图案化基材、一第一型半导体层、一主动发光层以及一第二型半导体层。图案化基材的上表面设有多个凸出体，每一凸出体具有一大致平坦的顶面及多个弧形凸出侧壁。第一型半导体层位于图案化基材之上。主动发光层位于第一型半导体层之上。第二型半导体层位于主动发光层之上。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于该些弧形凸出侧壁的数目。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于凸出体的一横切面轮廓的边数，顶面与横切面大致平行。

依据本发明另一实施例，图案化基材为蓝宝石基材或含硅基材。

依据本发明另一实施例，第一型半导体层为N型半导体层而第二型半导体层为P型半导体层，或第一型半导体层为P型半导体层而第二型半导体层为N型半导体层。

根据上述本发明的目的，提出一种制造发光半导体的图案化基材的方法，其包含以下步骤。提供一发光半导体基材；形成一蚀刻阻挡层于发光半导体基材上；形成一光阻层于蚀刻阻挡层上；使用一纳米/微米压印模具或微影制程图案化光阻层，使光阻层形成多个多边形的光阻图案；使用该些图案化后的光阻图案层为遮罩，对蚀刻阻挡层及发光半导体基材进行一干蚀刻，而形成多个多边形凸出体于该发光半导体基材表面上；移除位于该些多边形凸出体的顶面的光阻层及蚀刻阻挡层；微影制程需再针对该些多边形凸出体的侧面进行一湿蚀刻，使每一多边形凸出体具有多个弧形凸出侧壁。

依据本发明另一实施例，干蚀刻为等离子蚀刻、离子轰击蚀刻或反应离子蚀刻(RIE)制程。

依据本发明另一实施例，湿蚀刻使用的蚀刻液为加热的混合酸性溶液，其中混合酸性溶液包含如磷酸和硫酸。

依据本发明另一实施例，其中该蚀刻阻挡层为二氧化硅及氮化硅所构成的族群。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于该些弧形凸出侧壁的数目。

依据本发明另一实施例，凸出体的顶面轮廓的边数等于或少于凸出体的一横切面轮廓的边数，顶面与横切面大致平行。

依据本发明另一实施例，发光半导体基材为蓝宝石基材或含硅基材。