專利名稱：固態發光元件及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態發光元fKsolid-state light《mitting device),特別是指一種固 態發光元件及其制作方法。
背景技術：
目前影響發光二極管(LED)的發光效率值的因素，分別有內部量子效率(intemal quantum efficiency)及外部(extemal)量子效率，其中，構成低內部量子效率的主要原因， 則是形成于磊晶膜中的差排量。舉例來說，藍寶石(sapphire，化學式為^203)基板與 氮化鎵(GaN)系材料兩者間存在有晶格不匹配度(latticemismatch)的問題，因此，在磊 晶過程中也同時地構成了大量的貫穿式差浙threadingdislocation)。一般而言，于sapphire或碳化硅(:SiC，上磊制III-V族氮化物(如GaN…等)磊 晶膜時，多半因為sapphire與其上方磊晶膜之間的晶格常數差異(lattice constant difference,簡稱厶a)過大，及兩者間的原子耦合(atomiccoupling)相當地微弱等原因， 因此，在sapphire^l反上成綠晶膜期間，III-V族氮化物的晶體方位(ciystal orientation)無法正確地向上延續，并使得in-v族氮化物中存在有起伏的晶體方位[也就是，所謂的馬賽克晶浙mosaiccrystal)];其中，晶體方位圍繞著垂直于繊表面的主軸的轉動 方向而起伏變化的扭轉式(twist)馬賽克晶體，以及晶體方位自一垂直方向的軸向起伏 變化的傾斜式(tilt)馬賽克晶體，最終則成為III-V族氮化物的磊晶膜中的貫穿式差排。以現有的技術觀看，大多數^^sapphire基板施予凹凸化處理藉以使差排產生彎 折并降低形成于磊晶膜中的貫穿式差排。參閱圖l， 一種固態發光元件l，包括 一圖案化(pattemed)藍寶石基板ll及一層 磊制于該圖案化藍寶石基板11上磊晶膜12，其中，該磊晶膜12是由以GaN為主的材 料戶萬構成。該圖案化藍寶石基板ll具有多數個相間隔地形成于其一表面且深度是介 于0.5,~5,之間的等深凹槽111,,其中，該磊晶膜12與每一等深凹槽111之間共同 界定多數個封閉孔13。所述等深凹槽lll是利用干式蝕刻銜dry etching)所構成。形成于該圖案化藍寶石基板l 1的磊晶膜12主要是藉由降低其與該圖案化藍寶石 鎌ll的接觸面積，進而使得位于所述封斷L13上方的磊晶膜12未產生有差排。該圖案化藍寶石基板11雖可降低該磊晶膜12內的差排13量，然而，其表面所形成的等 深凹槽U1不只尺寸過大，且深度皆相同，因此，可降低該磊晶膜12中的差排13量的 貢獻度有限。另，參閱圖2， 一種固態半導體裝置用的磊晶 2，包括 一個板本體21、 --層形成于該板本體21上的緩沖膜22及多數層疊置于該緩沖膜22上的磊晶膜23。在該磊晶 2的制作過程中，于完成第一層磊晶膜23之后，第一層磊晶膜23的 一表面主要是利用濕式蝕刻銜wet etching)施予蝕刻處理，進而于第一層磊晶膜23的 表面形成多數個深度約200 nm 500 nm之間的非等深凹槽231 。藉所述非等深凹槽 231以降低形成于第一層磊晶膜23上的第二層磊晶膜23內的差排量。依此類推地，于完成第二層磊晶膜23之后，同樣地，對第二層磊晶膜23的一表 面施予蝕刻處理以于第二層磊晶膜23上形成多數個非等深凹槽231 ，藉以進一步地降 低形成于第二層磊晶膜23上的第三層磊晶膜23的差排量。因此，當磊晶膜23的層數 越多，最上方的磊晶膜23內的差排量越低。該磊晶 2雖然可解決差排問題，但是 其所形成的非等深凹槽231對所述磊晶膜23的差排產生彎折的貢獻度也有限，此外， 諸多蝕刻及磊晶等繁復的制程，也不符制造成本。參閱圖3， US6，504，183揭示一種氮化物半導體的磊晶成長。US 6,504,183主要是 于一個藍寶石 31上形成一個高度約介于1 nm ~ 10 nm之間的多重核種(multiple nudeuses)321、 322。進一步地，依序于該多重核種321、 322上形成一層差排抑制層 33及一層形成于該差排抑制層33的磊晶層34。該多重核種321、 322主要是分別由不 同材質所構成。藉由不同材質的核種的晶格常數及該多重核種32K 322與藍寶石基1間的高度差以調整差排35的形成速度及方向，并抑制因晶格常數差所致的應力。 差排35則是被限制地沿著該多重核種321、 322的側邊成長并產生彎折，因此，降低 延伸至該磊晶層34中的差排35量。US 6，504，183所揭示的內容雖可降低磊晶層34內的差排35量，但是由于該多重核 種321、 322與藍寶石基船1間的高度差異變化量不足，因此，差排量過高的問題仍 具改善的空間。參閱圖4， US 6，936，851揭示一種半導體發光裝置的制作方法。其主要是利用濕 式蝕刻法于一個 41的一表面施予濕式蝕刻以于該基板41形成多數個由多數個微 型晶面(microfacet)所構成的溝槽。進一步地，依序于該基板41上形成一層傾斜層42 及一個上層區43。該Sfe41的溝槽(也就是，微型晶面廣供利于優先成核的位置，因此，該傾斜層42主要是自相鄰微型晶面的接合處顯露出來并于所述溝槽處結合。另，該上層區43于成長過程中的傾斜成長(inclined growth)已趨于緩慢，因此，該上層區 43的一表面已呈現平坦化的狀態。于US6,936,851所揭示的內容中，其差排主要是朝向溝槽的中心并向上傳播，其 中，呈反向延伸的相近的差排于相遇后合并且朝上延伸。雖然US6,936,85l所揭示的 內容可減少磊晶膜內的差排量，但feit匕等微型晶面于表面的變化量仍嫌不足，因此， 對于降低磊晶膜內的差排量的貢獻度也有限。參閱圖5， US 7,033，854揭露一種于藍寶石基板上對III-V族氮化物結晶化 (ciystamzing)的方法。其主要是于一化面藍寶石SI反51上形成多數個深度大于10 nm 的等深凹槽511，并于該C面藍寶石;1^反51上磊制一層磊晶膜52。該磊晶膜52具有多 數個分別填置于所述等深凹槽511內的AM3a^N晶體521 、 一層覆蓋所自xGa^N晶 體521及C面藍寶石基板51的緩沖層522及一層覆蓋該緩沖層522的無摻雜 (undoped)GaN層。US 7,033，854主要是利用所述等深凹槽511以增加該C面藍寶石基板(也就是， Al203)51與該磊晶膜52兩者間原子交互作用的接觸面積，進而使得該C面藍寶石繊 51中的A1原子可因表面積增加而提升其向上擴散的機率，并使得上方的AIxG^N晶 體521是含A1量較高的晶體；另，由于AlxGaLxN/sapphire間的晶格常數差(Aa)是明顯 地小于GaN/sapphire間的晶格常數差，因此，在晶格不匹配度降低的情況下，所述 AlxGa^N晶體521的馬賽克晶體含量較低且晶體方位較為均勻化；又，該C面藍寶石 51上方的晶體方位，可受到構月^f述等深凹槽511的多數個傾斜表面所作用的橫 向約束力(lateral constrain force)所限制，因此，藉戶艦等深凹槽511以控制晶體方位， 進而降低產生馬賽克晶體的機率；此外，于完成該緩沖層522之后，對該緩沖層522 連續升溫并施予退火處理，且利用最終的退火溫度于該緩沖層522上形成該無摻雜 GaN層523 ，藉由此種分段成長(intemiption of growth)而使得該緩沖層522及該無摻雜 GaN層523的晶體方位更為一致。經前述幾篇先前技術的說明可知，目前大致上是使用凹凸化基板的技術手段以 解決磊晶膜中差排量過高的問題。然而，此等凹凸化表面所形成的等深凹槽多呈規 則性排列，因此，單位面積內所產生的表面起伏的變化性并不顯著，所能減少的差 排量也有限。縱算是呈不規則性排列的非等深凹槽所構成的凹凸化表面，其表面起 伏的變化性也不夠明顯。因此，磊晶膜中的差排量過高的問題，仍有許多改善的空間。發明內容本發明的目的在于提供一種固態發光元件。本發明的另一目的，在于提供一種固態發光元件的制作方法。 本發明固態發光元件，包括 一個具有一個外輪廓面的基材，及一層覆蓋該基 材的外輪廓面的半導體化合物磊晶膜。該外輪廓面具有多數個相間隔地向一實質上 垂直于該基材的第一方向凸伸的突出區。每兩相鄰的突出區共同定義出一個向一相 反于該第一方向的第二方向凹陷的凹穴區。該基材的外輪廓面的部分突出區分別具 有多數個相間隔地向該第一方向凸伸而出的峰部。每兩相鄰的峰部共同定義出一個 向該第二方向凹陷的谷部。另，本發明固態發光元件的制作方法，包括以下步驟(a) 于一個基材上形成一層預定成形膜；(b) 對該預定成形膜施予粗化(roughen)處理以使該預定成形膜形成一個粗化 表面；(c) 對該粗化表面施予蝕刻處理以移除該預定成形膜并使該基材根據該粗化 表面形成一個外輪廓面；及(d) 于該外輪廓面磊制一層半導體化合物磊晶膜。本發明的功效在于，藉由前述基材的突出區的峰部、谷部及凹陷區所定義的外 輪廓面，以增加差排產生彎折的機率，進而降低磊晶膜內的差排密度并增加固態發 光元件整體的內部量子效率。


下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明 圖l是一局部剖視示意圖，說明現有一種固態發光元件。 圖2是一局部剖視示意圖，說明現有一種固態半導體裝置用的磊晶基板。 圖3是一制作流程示意圖，說明US6,504，183的氮化物半導體的磊晶成長。 圖4是一制作流程示意圖，說明US6,936，851的半導體發光裝置。 圖5是一局部剖視示意圖，說明US 7，033，854所揭示啦II-V族氮化物的結晶化處理的膜層結構。圖6是一正視示意圖，說明本發明固態發光元件的--較佳實施例的局部放大結構。圖7是該較佳實施例的正視示意圖。圖8是一制作流程示意圖，說明本發明固態發光元件的制作方法的一較佳實施例。圖9是一制作流程示意圖，說明本發明固態發光元件的制作方法的另一較佳實施例。圖10是一AFM表面形貌圖，說明由本發明的制作方法的一實施例一所審幌的基 材的表面形貌。
具體實施方式
參閱圖6及圖7，本發明固態發光元件的一較佳實施例，包括 一個具有一個外 輪廓面61的^t拓，及一層覆蓋該基付6的外輪廓面61的半導體化合物磊晶膜7。該外 輪廓面61具有多數個相間隔地向一實質上垂直于該基材6的第一方向Y,凸伸的突出 區611，每兩相鄰的突出區611共同定義出一個向一相反于該第一方向Y,的第二方向 丫2凹陷的凹穴區612。該基材6的外輪廓面61的部分突出區611分別具有多數個相間隔 地向該第一方向Y,凸伸而出的峰部613。每兩相鄰的峰部613共同定義出一個向該第 二方向Y2凹陷的谷部614。為增加差排產生彎折的機率，主要是經由增加單位面積內表面起伏的變化量。 因此，較佳地，該S^6的外輪廓面61的部分凹穴區612分別具有多數個相間隔地向 該第一方向Y,凸伸而出的峰部615，每兩相鄰的峰部615共同定義出一個向該第二方 向Y2凹陷的谷部616。值得一提的是，當該外輪廓面61的平均粗糙度(Ra)過大時，將使得該半導體化合 物磊晶膜7因未能覆蓋該外輪廓鵬1而無法劍莫，另，當該外輪廓面61的平均粗糙度 過小時，則無法致使差排產生彎折。因此，更佳地，所述突出區611及凹穴區612的 峰部613、 615及谷部614、 616共同界定出該外輪廓面61的平均粗糙度(Ra)是介于0.5 nm 1000nm之間。又更佳地，該外輪廓面61的平均粗糙度是介于0.5 nm 500nm之 間。較佳地，該半導體化合物磊晶膜7具有一層覆蓋該外輪廓面61的成核層71及一層覆蓋該成核層71的磊晶層72。更佳地，該成核層71的成膜溫度是不高于1000。C;該 磊晶層72的成膜溫度是不低于650t:。又更佳地，該成核層71的成膜溫度是介于450 °C 100(TC之間；該磊晶層72的成膜 顯度是介于650"C 130(TC之間。較佳地，該半導體化合物磊晶膜7是由III-V族化合物所構成；該磊晶層72具有 一層覆蓋該成核層71的第一導電型半導體721 、 一層局部覆蓋該第一導電型半導體 721的多重量子井722及一層覆蓋該多重量子井722的第二導電型半導體723;且本發 明固態發光元件還包括兩個分別設置于該第一導電型半導體721及第二導電型半導 體723的接觸電極8。適用于本發明的III族元素魏自B、 Al、 Ga、 In、 Ti，或此等的一組合；適用于 本發明的V族元素魏自N、 P、 As、 Sb、 Bi，或此等的一組合；另，適用于本發明 的基材6可以是呈單晶結構且晶格常數與GaN系材料相近的藍寶石、碳化硅(SiC)、硅 (Si)、氧化辨ZnO)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)，或呈尖晶石(spind)結構的鋁酸鎂 (MgAl204)。參閱圖8，本發明固態發光元件的制作方法的一較佳實施例，包括以下步驟(a) 于一個基材6，上形成一層預定成形膜9;(b) 對該預定成形膜9施予粗化處理以使該預定成形膜9形成一個粗化表面91;(c) 對該粗化表面91施予蝕刻處理以移除該預定成形膜9并使該基材6，根據該 粗化表面91形成一個外輪廓面61';及(d) 于該外輪廓面61'磊制一層半導體化合物磊晶膜7'。較佳地，該步驟(b)的粗化處理j謎自退火處理(annealing treatment),濕式蝕刻、 機械研磨(mechanical lapping),或噴砂處理(bead blasting);該步驟(d)的半導體化合物 磊晶膜7'是依序于該基，才6'上磊制一層覆蓋該外輪廓面61 '的成核層71'并于該成核層 71'上磊制一層覆蓋該成核層71'的磊晶層72';該步驟(d)的磊晶層72'具有一層覆蓋該 成核層71'的第一導電型半導體、 一層局部覆蓋該第一導電型半導體的多重量子井及 一層覆蓋該多重量子井的第二導電型半導俠圖8未示)；且，于該步驟(d)之后還包括 一個于該第一導電型半導體及第二導電型半導體上分別形成一個接觸電極的步驟 (e)(圖8未示)；更佳地，該步驟(d)的成核層71'及磊晶層72'的成膜溫度分別是不高于 100(TC及不低于650。C;又更佳地，該步驟(d)的成核層7r的成纟穀顯度是介于45(TC ~ IOO(TC之間，該步5戮d)的磊晶層72'的成膜溫度是介于65(TC 130(TC之間。在一實施例中，該步驟(b)的粗化處理是退火處理，且該步驟(a)的預定成形膜9于退火處理后是呈壓應力及張應力其中一者；較佳地，該步il(a)的預定成形膜9于退 火處理后是呈壓應力；更佳地，該步驟(a)的預定成形膜9是選自一光阻(photo resistor) 材料或一金屬材料；又更佳地，該步驟(a)的預定成形膜9是一金屬材料；適用于本發 明的金屬材料是選自Ni、 Ag、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Zn、 Cd、 Cu，或此等的一組合； 且在該實施例中，該金屬材料是Ni。値得一提的是，在該實施例中，當該預定成形膜9的厚度過大時，于實施退火處 理時該預定成形膜9則不易見有壓應力的作用，相反地，當該預定成形膜9的厚度不 足時，該預定成形膜9于退火處理時雖可因材料本身壓應力的作用而見有粗化現象， 但是，也將因厚度不足而導致該粗化表面61無法取得充分的起伏變化量；因此，較 佳地，該步戮a)的預定成形膜9的厚度是介于50 nm 2000 nm之間。又，當該步驟(b)的退火處理翻g過高時，將使得該預定成形膜9產生汽化或導致 其材料產生z頓的問題，相反地，當該步驟(b)的退火處理溫度過低時，該預定成形 膜9的原子將因無法取得足夠的熱能以產生原子遷移而導致該粗化表面91的起伏變 化量不足；因此，較佳地，該步,b)的退火處理纟驢是介于40(TC ~ IOO(TC之間； 更佳地，該步驟(b)的退火處激，是介于5(KrC 80(TC之間；又更佳地，該步戮b) 的退火處理溫度是介于60(TC 75(TC之間。雖然本發明在該實施例中是使用于退火處理時呈壓應力的金屬材料來做為該預 定成形膜9。而値得一提的是，適用于本發明的呈壓應力的光阻材料，可以是選自 SU-8、 BCB、聚,JK(polyimide)、 EPG-516、 AZ-5214， ^iDNR-L300-Dl等光阻材 料。舉例來說，本發明也可于該基材61，上直接依序地形成一層氧化硅(Si02)層及一 層EPG-516光阻層以作為一層預定成形膜(圖8未示)，并使用蝕刻法移除該預定成形 膜以于該S^6'表面形成該外輪廓面61'。在另一實施例中，該步驟(b)的粗化處理是噴砂處理，且該步驟(a)的預定成形膜9 是金屬材料;較佳地，該步驟(b)的噴砂處理所使用的砂粒(bead)是選自氧化執Al203)、 碳化硅(SiC)、金岡lj砂(blackalumina)、鋼浙steel shot)、銅珠(bronze alloy shots)、陶瓷 砂(ceramic bead)、鋁砂(alumina)、鋼石樂(stainless shot)、塑半4^(plastic bead)、核桃 砂(walnutpowder)、 二氧化硅(Si02)、碳化硼(640，或此等的一組合，該步驟(a)的預 定成形膜9的厚度是介于50 nm 5)nm之間，且該步鄉)的砂粒的粒徑尺寸是介于0.05 , 500^m之間；此外，適用于該另一實施例的步驟(b)的金屬材料是選自Ni、 Cu、 Ti、 Au、 Pt，或此等的一組合；更佳地，該另一具體的步驟(b)的砂粒的粒徑尺寸是介于3 fim 10fim之間。值得一提的是，當該步驟(b)的噴砂處理所實施的壓力過大時，將破損該預定成 形膜9，相反地，當該步驟(b)的噴砂處理所實施的壓力不足時，也將無法達到所欲的 粗化效果。因此，更佳地，該步卿b)所使用的壓力是介于5g/cmLl0kg/(W之間。另，該預定成形膜9與該步驟(b)的一噴砂裝置的噴嘴(nozzle，圖8未示)的間距是 介于20 cm 30 cm之間。值得一提的是，該步鄉)的噴砂裝置的噴嘴與該預定成形 膜9的間距大小，只決定作用于該預定成形膜9的面積大小，對于該預定成形膜9的粗 化表面91的平均粗糙度影響不大。因此，重點在于，該噴嘴與預定成形膜9的間距所 構成的噴砂作用面積是可覆蓋該預定成形膜9，就可以構成本發明的制作方法的該另 一實施例。又，値得一提的是，該步歟d)的夕卜輪廓面6r是依據該粗化表面91所構成，為使 得該步戮d)的半導體化合物磊晶膜7'得以均勻地成膜，并使其差排適度地彎折以降 低向圖6所示的第一方向Y,延伸的貫穿式差排密度。因此，較佳地，該步驟(b)的粗化 表面91的平均粗糙度是介于0.5 nm ~ 1000 nm之間，且該步驟(c)是使用非等向性 (anisotropic)蝕刻法；更佳地，該步l鄉)的粗化表面91的平均粗糙度是介于0.5 nm ~ 500 nm之間；且，適用于本發明的非等向性蝕刻法可以是現有技術中的任何一種干 式蝕刻法。另，適用于本發明該步驟(d)的半導體化合物磊晶膜7'的材質已說明于前述內容 中，于此不再多加描述。參閱圖9，本發明固態發光元件的制作方法的另一較佳實施例，包括以下步驟(A) 對一個基材6"施予粗化處理以于該基材6"的一個表面形成一個外輪廓面61"，粗化處理是選自噴砂處ms:機械研磨其中一者；及(B) 于該外輪廓面61"磊制一層半導體化合物磊晶膜7"。在又一實施例中，該步驟(A)的粗化處理是噴砂處理；較佳地，該步戮A)的噴砂 處理所i頓的砂粒，以及該步戮A)的^t擬'與一噴砂裝置的噴斷2的間距，是相同 于前述的該另一實施例的步驟(b)。值得一提的是，在該又一實施例中，是直接對硬度較高的基材(如s卿hire)6" 施予噴砂處理，當該步歟A)的砂粒的粒徑尺寸過小時，該基材6"將無法取得足夠的 撞擊力已產生適當的粗化效果；另，當該步驟(A)的噴砂處理所實施的壓力過高或過 低吋，該外輪廓面61"的平均粗糙度將不適用于本發明；因此，較佳地，該步驟(A)的砂粒的粒徑尺寸是介于l ~ 500 ^m之間，該步驟(A)所使用的壓力是介于50 g/cm2 ~ 50 kg/cW之間，且該步驟(A)的外輪廓面61"的平均粗糙度是介于0.5 ran ~ 1000nm之間；又更佳地，該步驟(A)的外輪廓面61"的平均粗糙度是介于0.5nm 500 nm之間o另，該步,)的半導體化合物磊晶膜7"是依序于該^^6"上磊帝i」一層覆蓋該外 輪廓面6r的成核層71"并于該^l亥層71"上磊制一層覆蓋該成核層7r的磊晶層72"; 又，該步g妙)的成核層71"及磊晶層72"的^Mjg、該步驟(B)的半導體化合物磊晶 膜7"的材質、該步,)的磊晶層72"的膜層結構皆相同于前，于此不再多加描述。此 外，本發明該又一實施例于該步戮B)之后，還包括一個于該第一導電型半導體及第 二導電型半導體上分別形成一個接t蟲電+及的步驟(C)(圖9未示)。有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的三個 實施例的詳細說明中，將可清楚的呈5見。 <實施例一>本發明固態發光元件的制作方法的一實施例是簡單地說明于下。 首先，利用電子束蒸發 封e-beam evaporation)以60(TC的工作溫度于一個藍寶石 St才上鍍制一層厚度約300 nm的Ni鵬；進一步地，對鍍制都i錮莫的藍寶石S^ 施予600 r且持溫10分鐘的退火處理，以使Nif鵬透過原子遷移的作用而產生表面 粗化。于完成退火處理后，禾倆反應式離子蝕刻銜reactive ion etching,簡稱RIE)對Ni 鍍膜施予蝕刻處理以移除N頓膜，并使該藍寶石基材根據^N傲膜的粗化表面形成 如圖8所示的外輪廓面61'。參閱圖10，是本發明于完j^RIE蝕刻處理后利用原子力顯 微鏡(atomic force microscope,簡稱AFM)所取得的表面形貌，且^AFM所取得的Ra 值約等于10nm。后續，于一MOCVD系統中引入NH/IMG[(CH3)3Ga]的流量比等于500的反應源， 并于500 mToir的工作壓力及至54(TC的^M^下形成一層GaN成核層；進一步地， 于i^MOCVD系統中引ANH/IMG等于2500的反應源，并于200 mTorr的工作壓力及 105(rC的i^^Jt下形成一層以GaN為主的磊晶層。最后，對該實施例的磊晶層施予元件制程及接觸電極等制作流程，進而制得如 圖7所示的固態發光元件。在本發明該實施例一中，成核層、磊晶層、元件制程、接 觸電極并非本發明的技術特征，因此，與成核層、磊晶層、元件制程、接觸電極等相關的細節技術，于此不再多加描述。 <實施例二>本發明固態發光元件及其制作方法的一實施例二，大致上是相同于該實施例一，其不同處在于，于該藍寶石基材上是形成一層500 nm厚的Ni鍍膜，并對該實施例二 的Ni鍍膜施予噴砂處理。為使得本發明該實施例二的藍寶石基材在完成噴砂處理^R正蝕刻處理后的外 輪廓面得以如圖6所示(也就是，突出區611及凹穴區612上皆分別形成有峰部613、 615 及谷部614、 616)，在本發明該實施例二中，噴砂處理用的砂粒是混合20,、 10, 及5pm的體積比為l: 1: l的Si02粒子，該實施例二的藍寶石基材與噴砂裝置的噴嘴 的間距約20 cm，且該實施例二的噴砂處理所實施的壓力及時間分別為謂g/Cm&5 秒鐘，又該實施例二的藍寶石基材的Ra值約10nm。 <實施例三>本發明固態發光元件及其制作方法的一實施例三，大致上是相同于該實施例二， 其不同處在于，于該實施例三的藍寶石基材上是未形成WNi鍍膜，且該實施例三的 噴砂、處理是直接實施于該藍寶石基材上。在本發明該實施例三中，噴砂處理用的砂粒是混合50 |im、 20 ium及10 nm的體 積比為l: 1: l的SiC粒子，該實施例三的藍寶石基材與噴砂裝置的噴嘴的間距約15 cm，且該實施例三的噴砂處理所實施的壓力及時間分別為2 Kg/cn^及60秒鐘，又該 實施例三的藍寶石基材的Ra值約15 nm。本發明主要是藉由如圖6所示的突出區611及凹穴區612的峰部613、 615及谷部 614、 616，以提升該外輪廓面61于單位面積內的起伏變化量，并使得提供差排產生 彎折的位置得以增加。差排于產生彎折后將無法向該第一方向Y,延伸，因此，有效 地降低該磊晶層72內的貫穿式差排密度并大幅提升固態發光元件的內部量子效率。歸納上述，本發明固態發光元件及其制作方法，可藉由前述基材的外輪廓面以 增加差排產生彎折的機率，進而降低磊晶膜內的差排密度并增加固態發光元件整體 的內部量子效率，所以確實肖站到本發明的目的。
權利要求
1. 一種固態發光元件，其特征在于其包括一個具有一個外輪廓面的基材，該外輪廓面具有多數個相間隔地向一實質上垂直于該基材的第一方向凸伸的突出區，每兩相鄰的突出區共同定義出一個向一相反于該第一方向的第二方向凹陷的凹穴區，該基材的外輪廓面的部分突出區分別具有多數個相間隔地向該第一方向凸伸而出的峰部，每兩相鄰的峰部共同定義出一個向該第二方向凹陷的谷部；及一層覆蓋該基材的外輪廓面的半導體化合物磊晶膜。
2. 如權利要求l所述的固態發光元件，其特征在于該基材的外輪廓面的部分凹穴區分別具有多數個相間隔地向該第一方向 凸伸而出的峰部，每兩相鄰的峰部共同定義出一個向該第二方向凹陷的谷部。
3. 如權利要求2所述的固態發光元件，其特征在于所述突出區及凹穴區的峰部及谷部共同界定出該外輪廓面的平均粗糙度是介于0.5 nm 1000 nm之間。
4. 如權利要彩所述的固態發光元件，其特征在于該外輪廓面的平均粗糙度是介于0.5 nm ~ 500 nm之間。
5. 如權禾腰求l所述的固態發光元件，其特征在于該半導體化合物磊晶膜具有一層覆蓋該外輪廓面的成核層及一層覆蓋該成核層的磊晶層。
6. 如權利要求5所述的固態發光元件，其特征在于該成核層的成顯度是不高于io(xrc;該磊晶層度是不低于650。C。
7. 如權利要求6所述的固態發光元件，其特征在于該成核層是介于45(TC ~ IOO(TC之間；該磊晶層的成勝顯度是 介于650。C 130(TC之間。
8. 如權利要求5所述的固態發光元件，其特征在于該半導體化合物磊晶膜是由ni-v族化合物所構成；in族元素是選自b、Al、 Ga、 In、 Ti，或此等的一組合；V族元素魏自N、 P、 As、 Sb、 Bi，或此等的一組合。
9. 如權禾腰求5所述的固態發光元件，其特征在于該磊晶層具有一層覆蓋該成核層的第一導電型半導體、 一層局部覆蓋該第一導電型半導體的多重量子井及一層覆蓋該多重量子井的第二導電型半導 體。
10. 如權利要求9所述的固態發光元件，其特征在于還包括兩個分別設置于該第一導電型半導體及第二導電型半導體的接觸電極。
11. 一種固態發光元件的審U作方法，其特征在于其包括以下步驟(a) 于一個基材上形成一層預定成形膜；(b) 對該預定成形膜施予粗化處理以使該預定成形膜形成一個粗化表面；(C) 對該粗化表面施予蝕刻處理以移除該預定成形膜并使該基材根據該粗化表面形成一個外輪廓面；及 (d) 于該外輪廓面磊制一層半導體化合物磊晶膜。
12. 如權利要求ll所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(b)的粗化處理是選自退火處理、濕式蝕刻、機械研磨，或噴砂處理。
13. 如權利要求12所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步,)的粗化處理是退火處理，且該步驟(a)的預定成形膜于退火處理 后是呈壓應力及張應力其中一者。
14. 如權利要求13所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(a)的預定成形膜于退火處理后是呈壓應力。
15. 如權利要求14所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(a)的預定成形膜是選自 一光阻材料或一金屬材料。
16. 如權利要求15所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步徵a)的預定成形膜是金屬材料；該金屬材料是選自Ni、 Ag、 Al、 Au、 Pt、 Pd、 Zn、 Cd、 Cu，或此等的一組合。
17. 如權利要求16所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該金屬材料肌
18. 如權禾腰求17所述的固態發光元件的審ij作方法，其特征在于該步驟(a)的預定成形膜的厚度是介于50 nm ~ 2000 nm之間。
19. 如權利要求17所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(b)的退火處理溫度是介于400。C ~ IOO(TC之間。
20. 如權利要求12所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(b)的粗化處理是噴砂處理，且該步驟(a)的預定成形膜是金屬材料。
21. 如權利要求20所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(b)的噴砂處理所使用的砂粒是選自氧化鋁、碳化硅、金剛砂、鋼 珠、銅珠、陶瓷砂、鋁砂、鋼石樂、塑半斬少、核桃砂、二氧化硅、碳化硼，或 此等的一組合；該步驟(a)的預定成形膜的厚度是介于50 nm ~ 5^之間。
22. 如權利要救1所述的固態發光元件的審U作方法，其特征在于該步驟(b)的砂粒的粒徑尺寸是介于0.05 nm 500 Mm之間。
23. 如權利要彩O所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(b)所使用的壓力是介于5 g/cm2 10kg/cn^之間。
24. 如權利要彩O所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該預定成形膜與該步戮b)的一噴砂裝置的噴嘴的間距是介于20 cm 30 cm之間o
25. 如權利要求ll所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮b)的粗化表面的平均粗糙度是介于0.5 nm 1000 nm之間。
26. 如權利要彩5所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮b)的粗化表面的平均粗糙度是介于0.5 nm ~ 500 nm之間。
27. 如權利要求ll所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮d)的半導體化合物磊晶膜是依序于該基材上磊制一層覆蓋該外輪 廓面的成核層并于該成核層上磊制一層覆蓋該成核層的磊晶層。
28. 如權利要求27所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(d)的成核層及磊晶層的成膜溫度分別是不高于100(TC及不低于 650°C。
29. 如權利要^28所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步歟d)的成核層的成,徵顯度是介于45(TC ~ IOO(TC之間；該步驟(d)的 磊晶層的成M^是介于65(TC 130(TC之間。
30. 如權利要求29所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮d)的半導體化合物磊晶膜是由III-V族化合物所構成；m族元素是 選自B、 Al、 Ga、 In、 Ti，或此等的一組合；V族元素是選自N、 P、 As、 Sb、 Bi，或此等的一組合。
31. 如權利要求30所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(d)的磊晶層具有一層覆蓋該成核層的第一導電型半導體、 一層局部覆蓋該第一導電型半導體的多重量子井及一層覆蓋該多重量子井的第二導電 型半導體。
32. 如權利要求31所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于于該步徵d)之后還包括一個于該第一導電型半導體及第二導電型半導體 上分別形成一個接觸電極的步驟(e)。
33. —種固態發光元件的制作方法，其特征在于其包括以下步驟(A) 對一個基材施予粗化處理以于該基材的一個表面形成一個外輪廓面，粗化 處理是選自噴砂處理及機械研磨其中一者；及(B) 于該外輪廓面磊制一層半導體化合物磊晶膜。
34. 如權禾腰彩3所述的固態發光元件的希,方法，其特征在于該步徵A)的粗化處理是噴砂處理。
35. 如權利要彩4所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮A)的噴砂處理所使用的砂粒是選自氧化鋁、碳化硅、金剛砂、鋼 珠、銅珠、陶瓷砂、鋁砂、鋼石樂、塑料砂、核桃砂、二氧化硅、碳化硼，或 此等的一組合。
36. 如權利要彩5所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(A)的砂粒的粒徑尺寸是介于1 nm 500nm之間。
37. 如權利要彩4所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(A)所使用的壓力是介于50 g/cm2 ~ 50 kg/cm2之間。
38. 如權利要求34所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步戮A)的基材與一噴砂裝置的噴嘴的間距是介于20 cm 30 cm之間。
39. 如權利要彩3所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(A)的外輪廓面的平均粗糙度是介于0.5 nm 1000 nm之間。
40. 如權利要求39所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(A)的外輪廓面的平均粗糙度是介于0.5 nm ~ 500 nm之間。
41. 如權禾腰彩3所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(B)的半導體化合物磊晶膜是依序于該基材上磊制一層覆蓋該外輪 廓面的成核層并于該成核層上磊制一層覆蓋該成核層的磊晶層。
42. 如權禾腰求41所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(B)的成核層及磊晶層的成膜溫度分別是不高于100(TC及不低于650。C。
43. 如權利要求42所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(B)的成核層的劍漠溫度是介于45(TC ~ 100(TC之間；該步驟(B)的 磊晶層的成膜溫度是介于650"C 130(TC之間。
44. 如權利要求43所述的固態發光元{牛的制作方法，其特征在于該步驟(B)的半導體化合物磊晶膜是由III-V族化合物所構成；III族元素是 選自B、 Al、 Ga、 In、 Ti，或此等的一組合；V族元素是選自N、 P、 As、 Sb、 Bi，或此等的一組合。
45. 如權利要求44所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于該步驟(B)的磊晶層具有一層覆蓋該成核層的第一導電型半導體、 一層局 部覆蓋該第一導電型半導體的多重量子井及一層覆蓋該多重量子井的第二導電 型半導體。
46. 如權禾腰求45所述的固態發光元件的制作方法，其特征在于于該步驟(B)之后還包括一個于該第一導電型半導體及第二導電型半導 體上分別形成一個接觸電極的步驟(C)。
全文摘要
本發明公開了一種固態發光元件，包括一個具有一個外輪廓面的基材，及一層覆蓋該基材的外輪廓面的半導體化合物磊晶膜。該外輪廓面具有多數個相間隔地向一實質上垂直于該基材的第一方向凸伸的突出區。每兩相鄰的突出區共同定義出一個向一相反于該第一方向的第二方向凹陷的凹穴區。該基材的外輪廓面的部分突出區分別具有多數個相間隔地向該第一方向凸伸而出的峰部。每兩相鄰的峰部共同定義出一個向該第二方向凹陷的谷部。本發明也提供一種如前所述的固態發光元件的制作方法。
文檔編號H01L33/00GK101232060SQ20071000290
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月26日 優先權日2007年1月26日
發明者蔡宗良 申請人:廣鎵光電股份有限公司