高光電性功能的圖案化光電基板、發光二極管及其制作方法技術

本發明專利技術提供了一種高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，包括：提供基板；蝕刻基板表面，以形成第一圖案化結構及間隔區域；形成二金屬層在第一圖案化結構及間隔區域表面；形成第二圖案化結構在第一圖案化結構上及間隔區域上方的其中一者或兩者；蝕刻第二圖案化結構，以向下延伸至基板部分表面；使間隔區域形成平坦面；移除金屬層，以形成具有第一圖案化結構、第二圖案化結構以及具有平坦的間隔區域的基板。此外，本發明專利技術還提供通過上述方法制作的高光電性功能的圖案化光電基板，以及具有該基板的發光二極管。

【技術實現步驟摘要】
高光電性功能的圖案化光電基板、發光二極管及其制作方法
本專利技術涉及一種高光電性功能的圖案化光電基板及其制作方法，尤其涉及一種具有平坦面的間隔區域的圖案化光電基板，以及具有該基板的發光二極管，以便于改善差排缺陷以及電性問題，進一步強化發光二極管的電性功能。
技術介紹
人類照明歷史發展至今已進入固態照明時代，發光亮度更亮、售價更低廉、壽命更長、穩定性更高等特性需求為固態照明產業共同追求的目標。而照明市場最重視發光二極管的亮度需求，一般而言，發光二極管的最大光輸出(Lmax)主要由外部量子效率(ηext)及最大操作電流(Imax)所決定，即Lmax＝ηext×Imax，其中，外部量子效率(ηext)又由內部量子效率(ηint)及光萃取效率(ηextr)所決定，即ηext＝ηint×ηextr。目前一般藍光發光二極管的內部量子效率已達70％以上，然而綠光發光二極管的內部量子效率卻驟降至40％以下，因此，通過提升內部量子效率與光萃取效率以改善發光二極管的外部量子效率或增加發光二極管的發光亮度仍存在很大空間。由于氮化鎵與藍寶石基板間的晶格不匹配程度高達16％，當以藍寶石基板作為基材，進行氮化鎵薄膜磊晶時，氮化鎵薄膜內部會存在著應力，并出現許多不同種類差排缺陷，使氮化鎵薄膜差排密度達109至1010cm-2，嚴重影響磊晶薄膜質量，且缺陷通常扮演非輻射的復合中心，造成發光效率降低。因此，圖案化藍寶石基板制作技術的開發，其關鍵在于缺陷密度的降低，以實質提升氮化鎵薄膜磊晶質量及增加發光亮度。通過氮化鎵薄膜在圖案基板側壁上成長以改變氮化鎵薄膜差排缺陷成長方向，差排缺陷將彎曲90°，使互相交錯形成堆棧錯位等消除缺陷，并且在磊晶時通過三維應力釋放減少缺陷形成，降低薄膜內部差排密度以提升晶體質量。目前研究也指出使用圖案藍寶石基板成長的氮化鎵薄膜發現可以降低差排缺陷密度到108至109cm-2，并進一步提升發光二極管的內部量子效率及發光亮度。承上所述，在基板上具有圖案的結構中，若基板上的圖案包括微米結構或者次微米結構的各種圖案，則由于無圖案的C面區域面積減少，將增加磊晶層在磊晶過程中的困難度，造成差排的問題，進一步影響LED的電性功能，例如抗靜電能力減弱等問題。此外，若以此基板作為LED基板，將造成LED的逆向漏電流提升，也容易使得LED產生發熱的問題。在最新的研究中，也有使用次微米尺度圖案基板來成長發光二極管結構，對于同一面積的圖案基板，縮小圖案尺寸增加圖案數量將提升側向成長的有效區域面積，側向成長機制增強，造成更容易改變成長方向并形成堆棧錯位以消除差排缺陷，及大幅減低薄膜內部差排密度，同時由于圖案間距較短，易在氮化鎵磊晶時形成空洞阻擋缺陷延伸，提升氮化鎵薄膜磊晶質量。研究結果顯示，使用微米尺度圖案藍寶石基板成長的氮化鎵薄膜可以降低差排密度到108cm-2，如將圖案基板改成次微米尺度時，由于單位體積應力釋放程度增加，則可將差排密度降低至107cm-2或更低。現有技術中，如中國臺灣公告專利第I396297號公開了一種發光二極管，包括：基板，其中具有微米級孔洞；作為緩沖層的納米級多孔性光子晶體結構，形成在基板之上；第一型磊晶層，形成于上述緩沖層多孔性光子晶體結構之上；發光層，形成于上述第一型磊晶層之上；第二型磊晶層，形成于上述發光層之上；第一接觸電極，形成于上述該第一型磊晶層之上；以及，第二接觸電極，形成于上述第二型磊晶層之上。另一中國臺灣公開專利第201251113號公開了一種LED基板的制造方法、LED基板及白光LED構造，主要目的是為使LED發出演色性佳的高亮度白光，該基板的反射面上形成多個頂部呈曲面的凸起顆粒，這些凸起顆粒的底部寬度為2微米至4微米，高度為1.2微米至1.8微米，相鄰凸起顆粒的間距則為0.6微米至3微米，并使一氮化銦鎵磊晶層于通電后發出波長為380至410納米范圍內的紫外光，紫外光經由該基板的反射面及所述凸起顆粒反射，并激發混合氧化鋅及釔鋁石榴石的熒光物質而產生紫外光的互補色光，而在相互混色后，由一封裝體散射出演色性佳的高亮度白光，而可用于照明等用途。然而，上述發光二極管中，主要都是通過單獨在基板上形成一納米級多孔性光子晶體結構或微米級凸起顆粒以提高發光二極管的發光效率，然而，前述微米級或納米級結構設計對于降低差排密度程度或強化光電性功能的程度都仍有其本質上的限制。此外，如本專利技術申請人申請的中國臺灣專利申請案第102111662號公開了一種光電元件的基板，提供至少一光電元件形成于該基板的一上表面，其中，該基板的該上表面具有多個微米結構與多個次微米結構以構成一粗糙表面，其中所述次微米結構的尺寸小于所述微米結構。借此，可改善基板的光學漫射率，并可增進成長在基板上的磊晶薄膜材料質量，進而提升光電元件的光萃取效率，達到提升整體光電元件的發光亮度。本專利技術另外提供一種光電元件。其中，該前述專利技術為本專利技術申請人所提出通過微米結構及次微米結構的組合以增進磊晶薄膜材料質量或提升整體光電元件的發光亮度。因此，目前急需發展出一種高光電性功能的圖案化光電基板及具有該基板的發光二極管，其可以有效降低氮化鎵薄膜的差排缺陷密度，并增加發光二極管的發光效率，進而提高發光二極管的應用性及價值。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在提供一種高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其步驟包括：步驟S1：提供一基板；步驟S2：通過一第一蝕刻處理在該基板表面形成一第一圖案化結構及一間隔區域；步驟S3：形成一第一金屬層及一第二金屬層在該基板上的該第一圖案化結構及該間隔區域表面；步驟S4：通過一第二蝕刻處理在該第二金屬層上形成一第二圖案化結構，該第二圖案化結構為位于該第一圖案化結構上及該間隔區域上方的其中一者或兩者；步驟S5：通過一第三蝕刻處理使該第二圖案化結構向下延伸至該第一金屬層及該基板的部分表面；步驟S6：進行一第四蝕刻處理一特定時間，使該間隔區域為一平坦面；以及步驟S7：通過一酸液處理以從該基板上移除該第二金屬層以及該第一金屬層，以形成該第一圖案化結構為一微米級突出結構、該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構、以及該間隔區域為一平坦面的基板。本專利技術所提出的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其中，優選的是，該步驟S6還包括一預設條件，包括：一蝕刻氣體流量，介于每分鐘1至40標準立方厘米之間；一基板偏壓，介于50至700瓦之間；以及一供應電源，介于150至1200瓦之間。本專利技術所提出的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其中，優選的是，該特定時間介于150秒至1000秒之間。本專利技術所提出的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其中，優選的是，還包括一步驟S8：提供一二維材料層，形成于該間隔區域上及該第一圖案化結構上方。本專利技術所提出的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其中，優選的是，該二維材料層包括石墨烯(Graphene)。本專利技術所提出的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其中,優選的是，該石墨烯是通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，包括：/n步驟S1：提供一基板；/n步驟S2：通過一第一蝕刻處理在該基板表面形成一第一圖案化結構及一間隔區域；/n步驟S3：形成一第一金屬層及一第二金屬層在該基板上的該第一圖案化結構及該間隔區域表面；/n步驟S4：通過一第二蝕刻處理在該第二金屬層上形成一第二圖案化結構，該第二圖案化結構是位于該第一圖案化結構上及該間隔區域上方的其中一者或兩者；/n步驟S5：通過一第三蝕刻處理使該第二圖案化結構向下延伸至該第一金屬層及該基板的部分表面；/n步驟S6：進行一第四蝕刻處理一特定時間，使該間隔區域為一平坦面；以及/n步驟S7：通過一酸液處理來從該基板上移除該第二金屬層以及該第一金屬層，以形成該第一圖案化結構為一微米級突出結構、該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構、以及該間隔區域為一平坦面的基板。/n

【技術特征摘要】
20190109 TW 1081008441.一種高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，包括：
步驟S1：提供一基板；
步驟S2：通過一第一蝕刻處理在該基板表面形成一第一圖案化結構及一間隔區域；
步驟S3：形成一第一金屬層及一第二金屬層在該基板上的該第一圖案化結構及該間隔區域表面；
步驟S4：通過一第二蝕刻處理在該第二金屬層上形成一第二圖案化結構，該第二圖案化結構是位于該第一圖案化結構上及該間隔區域上方的其中一者或兩者；
步驟S5：通過一第三蝕刻處理使該第二圖案化結構向下延伸至該第一金屬層及該基板的部分表面；
步驟S6：進行一第四蝕刻處理一特定時間，使該間隔區域為一平坦面；以及
步驟S7：通過一酸液處理來從該基板上移除該第二金屬層以及該第一金屬層，以形成該第一圖案化結構為一微米級突出結構、該第二圖案化結構為一次微米級凹槽結構、以及該間隔區域為一平坦面的基板。


2.根據權利要求1所述的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，該步驟S6還包括一預設條件，包括：
一蝕刻氣體流量，介于每分鐘1至40標準立方厘米之間；
一基板偏壓，介于50至700瓦之間；以及
一供應電源，介于150至1200瓦之間。


3.根據權利要求2所述的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，該特定時間介于150秒至1000秒之間。


4.根據權利要求1所述的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，還包括一步驟S8：提供一二維材料層，形成于該間隔區域及該第一圖案化結構上方。


5.根據權利要求4所述的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，該二維材料層包括石墨烯。


6.根據權利要求5所述的高光電性功能的圖案化光電基板的制作方法，其特征在于，該石墨烯是通過以下步驟產生:
設置一銅層于該間隔區域上；
通過氫氣、甲烷與該銅層的化學作用，使得該銅層之上以及該銅層之下分別產生一石墨烯層；
移除該銅層之上的該石墨烯層；以及
移除該銅層，以便于留下該銅層之下的該石墨烯層于該間隔區域上。


7....

【專利技術屬性】
技術研發人員：柯文政，凃益儒，何嘉哲，洪福益，
申請(專利權)人：中國砂輪企業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71