之研究之研究之研究

3.1 研究動機研究動機研究動機研究動機

在HB-LED 結構中，除了主動層(Active Region)及其他層會吸收

光之外，另外必須注意的就是半導體的高折射係數(High Refractive Index)，這將使得 LED 所產生的光受到侷限(Trapped Light) [7]。從主動區所發射的光線在到達半導體與周圍空氣之界面時，如果光的入射角大於逃逸角錐(Escape Cone)之臨界角(Critical Angle;αc)時，則會產生全內反射(Total Internal Reflection)；對於高折射係數之半導體而言，其臨界角都非常小，當折射係數為3.3 時，其全內反射角則只有 17°，所以大部份從主動區所發射的光線，將被侷限(Trapped)於半導體內部，這種被侷限的光有可能會被較厚的基板所吸收。此外，由於基板之電子與電洞對，會因基板品質不良或效率較低，導致有較大機率產生非輻射復回(Recombine Non-Radiatively)，進而降低 LED 效率。所以如何從半導體之主動區萃取光源，以進而增加光萃取效率 (Light Extraction Efficiency)，乃成為各 LED 製造商最重要的努力目標。

目前有三種方法可增加LED 光之萃取效率：(1)第一種方法是在 LED 磊晶前，進行藍寶石基板的蝕刻圖形化(Pattern Sapphire Substrate;

PSS) [18]；(2)第二種方法是在 LED 磊晶後，進行藍寶石基板的側邊蝕刻(Sapphire Sidewall Etching; SSE) [11] [12] [17]，以及(3)基板背面粗糙化(Sapphire Backside Roughing; SBR)。本文研究探討如何利用高溫磷酸濕式化學蝕刻技術搭配傳統雷射切割方式，來達到增加LED

光萃取效率之目的[6] [10] [23]。此外，針對 LED 生產線之高產能與高良率需求時，在製程系統設計製作上必須考慮到哪些因數，亦將進行詳細探討，以期達到增加 LED 光萃取效率之目的[14] [15] [16] [21]

[24] [25]。

表3-1 LED光之萃取效率方法比較

3.2 實驗流程實驗流程實驗流程實驗流程 ( ( ( (SWE 製程製程製程) 製程 ) ) )

1. 準備 2 吋藍寶石基板，MOCVD 成長完 EPI Layer。

2. 使用 Aligner 進行黃光微影製程在表面上開出 MESA Pattern 的光阻的圖案。

3. 利用 ICP 進行 Dry etch，之後將光阻去除。

4. 用 PECVD 在藍寶石基板上鍍上一層 15000Å 的 Oxide 當 Hard Mask，經由爐管進行 Oxide Film 之退火，以增加 Oxide 之附著性

(用以應付後續之蝕刻步驟，增加抗蝕能力) 。 5. 使用雷射切割機先做切割道切割。

6. 將晶片放入磷酸及硫酸的混合溶液中，利用混合溶液蝕刻 EPI Layer 及 Sapphire，經濕蝕刻後 Epi Layer 形成 Undercut，並將 Sapphire 上雷射切割時所形成的吸光物質(結晶物)去除，最後再用

12. 用PECVD 在藍寶石基板上鍍上一層 Oxide Film，使用 Aligner 進行黃光微影製程在表面上開出PV Pattern 的光阻圖案。

13. 用BOE 溶液進行 SiO2蝕刻，之後使用Stripper 將光阻去除。

14. 經由點測機測試 Chip 之光、電性。

如上所述之步驟於下圖3-1 之流程圖中表示[1] [3]:

圖3-1 SWE LED 之製作流程圖 (SWE 的過程如紅色虛線圈起來處表示之)

3.3 蝕刻溶液比例蝕刻溶液比例蝕刻溶液比例蝕刻溶液比例、、、、溫度與時間參數溫度與時間參數溫度與時間參數溫度與時間參數

3.3.1 蝕刻溶液蝕刻溶液蝕刻溶液蝕刻溶液比例比例比例比例參數參數參數參數

蝕刻溶液溫度：240℃之恆溫控制

蝕刻溶液成分：蝕刻為硫酸(96 wt%)與磷酸(86 wt%)依比例混合之混酸溶液

蝕刻時間：7 分鐘

蝕刻溶液比例：硫酸(96 wt%):磷酸(86 wt%) = 5：2、6：2、7：2 三種條件

3.3.2 溫度變化參數溫度變化參數溫度變化參數溫度變化參數

蝕刻溶液成分：蝕刻為硫酸(96 wt%)與磷酸(86 wt%)依比例混合之混酸溶液

蝕刻溶液比例：為6：2 蝕刻時間：7 分鐘

蝕刻溶液溫度：230℃、240℃及 260℃

3.3.3 時間變化參數時間變化參數時間變化參數時間變化參數

蝕刻溶液成分：蝕刻為硫酸(96 wt%)與磷酸(86 wt%)依比例混合之混酸溶液

蝕刻溶液比例：為6：2 蝕刻溶液溫度：240℃

蝕刻時間：2、5、8、10 分鐘

在文檔中氮化鎵發光二極體光取出效率提升的研究 (頁 59-65)

之研究之研究之研究