利用湿式蚀刻工艺提高LED光萃取效率之产能与良率的方法

图2、湿式化学蚀刻蓝宝石基板后（PSS）之横截面示意图。

图3、湿式化学蚀刻蓝宝石基板后（PSS）之光学显微镜照片。

图4、GaN LED前段工艺流程图

图5、湿式蚀刻图形化蓝宝石基板后，接着生长GaN磊晶层的LED结构.

如图6所示，经湿式化学蚀刻图形化之蓝宝石基板，基于表面晶格特性，所以会被蚀刻出呈57o倾斜的{1-102}R面（R Plane），此种倾斜R面可以大大地增加光的萃取效率。Lee等人利用湿式蚀刻图形化蓝宝石基板制作GaN LED并*估其效能，图7为传统LED和P手机电感器PS LED的电流-输出光功率曲线之关系图，在20mA操作电压下，传统LED和PPS LED的输出功率分别为7.8和9 mW,PPS LED的输出功率为传统LED的1.15~1.3倍。此外，在20mA操作电压下，传统LED和PPS LED的外部量子效率（External Quantum Efficiency）分别为14.工字电感器2%和1*%,PPS LED的外部量子效率也较传统LED高1.15倍。因此PPS技术不只利用蓝宝石基板的特殊几何结构，将光导引至逃逸角锥（Escape Cone）进而发射出去，以增加LED的外部量子效率外，湿式蚀刻PPS结构也可降低Sapphire基板之差排缺陷密度，以进而提高GaN的磊晶品质[3, 4, 5].

图6、经湿式蚀刻图形化蓝宝石基板，其表面因晶格特性，会被蚀刻出成57o倾斜的的{1-102}面（R Plane），可以大大增加光的萃取效率.

图7、传统的LED和PPS LED的电流-输出光功率曲线之关系图.

磊晶后蓝宝石基板之蚀刻工艺

元件形状化之覆晶LED是使用高温磷酸来蚀刻蓝宝石基板的侧边（Sapphire Sidewall Etching; SSE），并使基板背面粗糙化（Sapphire Backside Roughing; SBR），以此双重方式来达到增加光萃取效果，其详细工艺流程如图8所示。首先在蓝宝石基板上磊晶制作GaN之LED结构，再将蓝宝石基板磨薄至200 μm厚度，以利于后续芯片切割之进行，接着分别在元件上下面镀上二氧化硅（SiO2）当作蚀刻保护层，使用黄光微影工艺来定义蓝宝石基板被蚀刻的开口位置。接着将已设计图案化之蓝宝石基板浸入高温300℃的磷酸与硫酸的混合液中，进行蓝宝石基板之侧边蚀刻，接者去除二氧化硅保护层。后续进行透明导电膜（ITO）与金属电极（Electrode）制作，并用覆晶（Flip Chip）设备将芯片黏着于硅基板上，制作完成之元件剖面，如图9所示.

蓝宝石的蚀刻速率与磷酸和硫酸的比例，以及蚀刻液温度有关，由于蚀刻结果取决于其晶格结构，蚀刻会沿者蓝宝石的晶格面进行，至于蓝宝石基板的背面，因为其原本是一个粗糙面，所以无法在其表面镀上一层均匀的二氧化硅保护层，在进行蚀刻时，覆盖二氧化硅较薄区域的蓝宝石基板则会先被蚀刻，进而形成粗糙化的表面。在发光性能电感器生产表现上，有制作元件形状化之覆晶LED比传统覆晶发光二极体的流明度增加了62%;在功率的表现上，于20mA的注入电流下，有形状化的LED输出光功率为14.2 mW,比传统覆晶结构LED的9.3 mW,增加了52%,如图10所示[4, 6].

图8、元件形状化之覆晶LED工艺流程图

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