晶晟精密蝕刻制程提高亮度

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1、晶晟精密科技股份有限公司G.CMicro專(zhuān)業(yè)LED耗材供應(yīng)商·Home·公司簡(jiǎn)介·產(chǎn)品介紹·聯(lián)絡(luò)我們表單的頂端Search:表單的底部濕式蝕刻製程提高LED光萃取效率之產(chǎn)能與良率Postedbyadmin

2、Filedunder技術(shù)專(zhuān)欄1、前言近幾年來(lái)III族氮化物(III-Nitride)高亮度發(fā)光二極體(HighBrightnessLightEmissionDiode;HB-LED)深獲廣大重視，目前廣泛應(yīng)用於交通號(hào)誌、LCD背光源及各種照明使用上?；旧?，GaNLED是以磊晶(Epitaxial)方式生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板(SapphireSu

3、bstrate)上，由於磊晶GaN與底部藍(lán)寶石基板的晶格常數(shù)(LatticeConstant)及熱膨脹係數(shù)(CoefficientofThermoExpansion;CTE)相差極大，所以會(huì)產(chǎn)生高密度線差排(ThreadDislocation)達(dá)108~1010/cm2，此種高密度線差排則會(huì)限制了GaNLED的發(fā)光效率。此外，在HB-LED結(jié)構(gòu)中，除了主動(dòng)層(ActiveRegion)及其他層會(huì)吸收光之外，另外必須注意的就是半導(dǎo)體的高折射係數(shù)(HighRefractiveIndex)，這將使得LED所產(chǎn)生的光受到侷限(TrappedLight

4、)。以圖1來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，從主動(dòng)區(qū)所發(fā)射的光線在到達(dá)半導(dǎo)體與周?chē)諝庵缑鏁r(shí)，如果光的入射角大於逃逸角錐(EscapeCone)之臨界角(CriticalAngle;αc)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生全內(nèi)反射(TotalInternalReflection)；對(duì)於高折射係數(shù)之半導(dǎo)體而言，其臨界角都非常小，當(dāng)折射係數(shù)為3.3時(shí)，其全內(nèi)反射角則只有17o，所以大部份從主動(dòng)區(qū)所發(fā)射的光線，將被侷限(Trapped)於半導(dǎo)體內(nèi)部，這種被侷限的光有可能會(huì)被較厚的基板所吸收。此外，由於基板之電子與電洞對(duì)，會(huì)因基板品質(zhì)不良或效率較低，導(dǎo)致有較大機(jī)率產(chǎn)生非輻射復(fù)回(Recomb

5、ineNon-Radiatively)，進(jìn)而降低LED效率。所以如何從半導(dǎo)體之主動(dòng)區(qū)萃取光源，以進(jìn)而增加光萃取效率(LightExtractionEfficiency)，乃成為各LED製造商最重要的努力目標(biāo)。目前有兩種方法可增加LED光之萃取效率：(1)第一種方法是在LED磊晶前，進(jìn)行藍(lán)寶石基板的蝕刻圖形化(PatternSapphireSubstrate;PSS)；(2)第二種方法是在LED磊晶後，進(jìn)行藍(lán)寶石基板的側(cè)邊蝕刻(SapphireSidewallEtching;SSE)，以及基板背面粗糙化(SapphireBacksideRoug

6、hing;SBR)。本文將參考相關(guān)文獻(xiàn)[1~6]，探討如何利用高溫磷酸濕式化學(xué)蝕刻技術(shù)，來(lái)達(dá)到增加LED光萃取效率之目的。此外，針對(duì)LED生產(chǎn)線之高產(chǎn)能與高良率需求時(shí)，在製程系統(tǒng)設(shè)計(jì)製作上必須考慮到哪些因數(shù)，亦將進(jìn)行詳細(xì)探討，以期達(dá)到增加LED光萃取效率之目的。圖1、從主動(dòng)區(qū)所發(fā)射的光線在到達(dá)半導(dǎo)體與周?chē)諝庵缑鏁r(shí)，如果光的入射角大於臨界角(αc)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生全內(nèi)反射。2、磊晶前藍(lán)寶石基板之蝕刻圖形化(PPS)製程藍(lán)寶石基板蝕刻圖形化(PPS)可以有效增加光的萃取效率，因?yàn)榻逵苫灞砻鎺缀螆D形之變化，可以改變LED的散射機(jī)制，或?qū)⑸⑸涔鈱?dǎo)引

7、至LED內(nèi)部，進(jìn)而由逃逸角錐中穿出。目前使用單步驟無(wú)光罩乾式蝕刻技術(shù)(MasklessDryEtching)來(lái)加工藍(lán)寶石(Sapphire)基板，雖然可以改善內(nèi)部量子效率(InternalQuantumEfficiency)和光萃取率(LightExtractionEfficiency)，然而由於藍(lán)寶石基板表面非常堅(jiān)硬，乾式蝕刻會(huì)損傷藍(lán)寶石表面，使得線差排(ThreadDislocation)由基板逐漸延伸到頂端的GaN磊晶層，因而影響到LED之磊晶品質(zhì)，所以一般都傾向使用濕式化學(xué)蝕刻方式。有關(guān)藍(lán)寶石基板之濕式化學(xué)蝕刻圖形化，以及LED之前段

8、製程流程，說(shuō)明如下：A.???首先利用黃光微影製程在藍(lán)寶石基板上製作出所需的圖案。B.???利用電漿輔助化學(xué)氣相沉積(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition;PE-CVD)系統(tǒng)在藍(lán)寶石基板上方沉積SiO2，進(jìn)行光組去除後，即可形成間隔3μm的陣列圖案。C.???利用SiO2當(dāng)作蝕刻遮罩層，在溫度280℃的高溫磷酸與硫酸混合液中蝕刻藍(lán)寶石基板，以形成圖案化結(jié)構(gòu)。圖2為使用濕式化學(xué)蝕刻藍(lán)寶石基板(PSS)後之橫截面示意圖；圖3為光學(xué)顯微鏡照片。D.???使用MO-CVD生長(zhǎng)GaN-LED於蝕刻圖案化之藍(lán)寶石基板

9、C(0001)面上，GaN-LED結(jié)構(gòu)由下而上，包括：GaN成核層、未摻雜的GaN層、矽摻雜的N-typeGaN層、MQW層及P-typeGaN層。E.???使用標(biāo)