湿式蚀刻工艺提高LED光萃取效率之产能与良率VIP免费

第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共14页湿式蚀刻工艺提高LED光萃取效率之产能与良率主题:技术1、前言近几年来III族氮化物(III-Nitride)高亮度发光二极体(HighBrightnessLightEmissionDiode;HB-LED)深获广大重视，目前广泛应用于交通号誌、LCD背光源及各种照明使用上。基本上，GaNLED是以磊晶(Epitaxial)方式生长在蓝宝石基板(SapphireSubstrate)上，由于磊晶GaN与底部蓝宝石基板的晶格常数(LatticeConstant)及热膨胀係数(CoefficientofThermoExpansion;CTE)相差极大，所以会产生高密度线差排(ThreadDislocation)达108~1010/cm2，此种高密度线差排则会限制了GaNLED的发光效率。此外，在HB-LED结构中，除了主动层(ActiveRegion)及其他层会吸收光之外，另外必须注意的就是半导体的高折射係数(HighRefractiveIndex)，这将使得LED所产生的光受到侷限(TrappedLight)。以图1来进行说明，从主动区所发射的光线在到达半导体与周围空气之界面时，如果光的入射角大于逃逸角锥(EscapeCone)之临界角(CriticalAngle;αc)时，则会产生全内反射(TotalInternalReflection)；对于高折射係数之半导体而言，其临界角都非常小，当折射係数为3.3时，其全内反射角则只有17o，所以大部份从主动区所发射的光线，将被侷限(Trapped)于半导体内部，这种被侷限的光有可能会被较厚的基板所吸收。此外，由于基板之电子与电洞对，会因基板品质不良或效率较低，导致有较大机率产生非辐射復回(RecombineNon-Radiatively)，进而降低LED效率。所以如何从半导体之主动区萃取光源，以进而增加光萃取效率(LightExtractionEfficiency)，乃成为各LED制造商最重要的努力目标。目前有两种方法可增加LED光之萃取效率：(1)第一种方法是在LED磊晶前，进行蓝宝石基板的蚀刻图形化(PatternSapphireSubstrate;PSS)；(2)第二种方法是在LED磊晶后，进行蓝宝石基板的侧边蚀刻(SapphireSidewallEtching;SSE)，以及基板背面粗糙化(SapphireBacksideRoughing;SBR)。本文将参考相关文献[1~6]，探讨如何利用高温磷酸湿式化学蚀刻技术，来达到增加LED光萃取效率之目第2页共14页第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共14页的。此外，针对LED生产线之高产能与高良率需求时，在工艺系统设计制作上必须考虑到哪些因数，亦将进行详细探讨，以期达到增加LED光萃取效率之目的。图1、从主动区所发射的光线在到达半导体与周围空气之界面时，如果光的入射角大于临界角(αc)时，则会产生全内反射。2、磊晶前蓝宝石基板之蚀刻图形化(PPS)工艺蓝宝石基板蚀刻图形化(PPS)可以有效增加光的萃取效率，因为藉由基板表面几何图形之变化，可以改变LED的散射机制，或将散射光导引至LED内部，进而由逃逸角锥中穿出。目前使用单步骤无光罩乾式蚀刻技术(MasklessDryEtching)来加工蓝宝石(Sapphire)基板，虽然可以改善内部量子效率(InternalQuantumEfficiency)和光萃取率(LightExtractionEfficiency)，然而由于蓝宝石基板表面非常坚硬，乾式蚀刻会损伤蓝宝石表面，使得线差排(ThreadDislocation)由基板逐渐延伸到顶端的GaN磊晶层，因而影响到LED之磊晶品质，所以一般都倾向使用湿式化学蚀刻方式。有关蓝宝石基板之湿式化学蚀刻图形化，以及LED之前段工艺流程，说明如下：第3页共14页第2页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共14页A.首先利用黄光微影工艺在蓝宝石基板上制作出所需的图案。B.利用电浆辅助化学气相沉积(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition;PE-CVD)系统在蓝宝石基板上方沉积SiO2，进行光组去除后，即可形成间隔3μm的阵列图案。C.利用SiO2当作蚀刻遮罩层，在温度280℃的高温磷酸与硫酸混合液中蚀刻蓝宝石基板，以形成图案化结构。图2为使用湿式化学蚀刻蓝宝石基板(PSS)后之横截面示意图；图3为光学显微镜照片。D.使用MO-CVD生长GaN-LED于蚀刻图案化之蓝宝石基板C(0001)面上，GaN-LED结构由下而上，包括：GaN成核层、未掺杂的GaN层、硅掺杂的N-typeGaN层、MQW层及P-typeGaN层。E.使用标准微影技术及乾式蚀刻来蚀刻部份的...