特表 2023-535862 パターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-22

(54)【発明の名称】パターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/20 20100101AFI20230815BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20230815BHJP

   H01L 33/14 20100101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

H01L33/20

H01L21/20

H01L33/14

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022574145

(86)(22)【出願日】2020-12-25

(85)【翻訳文提出日】2023-02-02

(86)【国際出願番号】 CN2020139438

(87)【国際公開番号】W WO2022134009

(87)【国際公開日】2022-06-30

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520273108

【氏名又は名称】福建晶安光電有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＦＵＪＩＡＮ ＪＩＮＧ’ ＡＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．， ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ， Ｈｅｎｇｓｈａｎ Ｖｉｌｌａｇｅ， Ｈｕｔｏｕ Ｔｏｗｎ， Ａｎｘｉ Ｃｏｕｎｔｙ， Ｑｕａｎｚｈｏｕ， Ｆｕｊｉａｎ ３６２４１１， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 彬彬

(72)【発明者】

【氏名】霍 曜

(72)【発明者】

【氏名】蘇 賢達

(72)【発明者】

【氏名】李 瑞評

(72)【発明者】

【氏名】呉 福仁

(72)【発明者】

【氏名】王 興林

(72)【発明者】

【氏名】梅 曉陽

【テーマコード（参考）】

5F152

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F152LL02

5F152LN03

5F152LN34

5F152MM10

5F152NN01

5F152NN03

5F152NN05

5F152NN07

5F152NN09

5F152NN12

5F152NN13

5F152NN20

5F152NP09

5F152NP11

5F152NP12

5F152NP13

5F152NP14

5F152NQ09

5F241AA03

5F241AA40

5F241CA40

(57)【要約】

【解決手段】本発明は、パターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法を開示する。一実施例において、パターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列される若干のパターン構造と、を含む。パターン構造は、基板の表面に形成される第１部分と、第１部分の上方に形成される第２部分と、を含む。隣り合うパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。それによって、本発明に開示されるパターン化基板及び発光ダイオードは、エピタキシャル成長面の面積を低くして転位の密度を低くして発光効率を効果的に向上させることができ、ひいては光散乱効率を増加させることができ、ＬＥＤの明るさを向上させることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パターン化基板であって、
前記パターン化基板は、基板と、前記基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでおり、
前記パターン構造は、前記基板の表面に形成されている第１部分と、前記第１部分の上方に形成されている第２部分と、を含んでおり、
隣り合っている前記パターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である、
ことを特徴とする、パターン化基板。

【請求項2】

前記第１部分の頂部の横断面積は、前記第２部分の底部の横断面積と等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化基板。

【請求項3】

前記第１部分は、多角錐台に形成されており、前記第２部分は、横断面積が底部から頂部へ漸次に減少する構造に形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターン化基板。

【請求項4】

前記第２部分は、多角錐又は多角錐台となっている、
ことを特徴とする請求項３に記載のパターン化基板。

【請求項5】

前記多角錐又は前記多角錐台における側稜と底面との交差角度は、３０°～９０°の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項４に記載のパターン化基板。

【請求項6】

前記第１部分の高さの前記パターン構造全体の高さに対する比率は、０％～１００％の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化基板。

【請求項7】

前記パターン構造の第１部分を形成する材料は、第２部分の材料と異なっており、
前記第１部分を形成する材料は、前記基板の材料と同じである、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化基板。

【請求項8】

前記第２部分を形成する材料は、核生成抑制材料である、
ことを特徴とする請求項７に記載のパターン化基板。

【請求項9】

形成する前記核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない材料であり、前記透明で光を吸収しない材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである、
ことを特徴とする請求項８に記載のパターン化基板。

【請求項10】

前記パターン構造同士の間に露出している前記基板におけるエピタキシャル成長面の前記パターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である、
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化基板。

【請求項11】

基板を提供することと、
前記基板の表面の上に若干のパターン構造を形成し、前記パターン構造が前記基板の表面に周期的で密接に排列されることと、を含み、
前記パターン構造は、前記基板の表面にある第１部分と、前記第１部分の上方にある第２部分と、を含み、
隣り合う前記パターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である、
ことを特徴とする、パターン化基板の製作方法。

【請求項12】

前記第１部分の頂部の横断面積は、前記第２部分の底部の横断面積と等しい、
ことを特徴とする請求項１１に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項13】

前記第１部分は、多角錐台に形成され、前記第２部分は、横断面積が底部から頂部へ漸次に減少する構造に形成される、
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項14】

前記第２部分は、多角錐又は多角錐台に形成される、
ことを特徴とする請求項１３に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項15】

前記多角錐又は前記多角錐台における側稜と底面との交差角度は、３０°～９０°の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１４に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項16】

前記第１部分の高さの前記パターン構造全体の高さに対する比率は、０％～１００％の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１１に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項17】

前記基板の表面の上に若干のパターン構造を形成することにおいては、
前記基板の表面に第２材料層を形成し、前記第２材料層の材料が前記基板の材料と異なるようにすることと、
前記第２材料層の上方にマスク層を形成することと、
前記マスク層が覆っている状態で、前記第２材料層及び基板の一部をエッチングし、前記第２材料層が前記第２部分となり基板の一部が前記第１部分となるようにすることと、が含まれる、
ことを特徴とする請求項１１に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項18】

前記第２材料層は、核生成抑制材料である、
ことを特徴とする請求項１７に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項19】

形成する前記核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない材料であり、前記透明で光を吸収しない材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである、
ことを特徴とする請求項１８に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項20】

前記パターン構造同士の間に露出している前記基板におけるエピタキシャル成長面の前記パターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である、
ことを特徴とする請求項１１に記載のパターン化基板の製作方法。

【請求項21】

基板と、前記基板の表面に形成されているエピタキシャル層と、を含んでおり、
前記基板は、請求項１～１０のいずれか一項に記載のパターン化基板であり、
前記エピタキシャル層は、前記パターン化基板における前記パターン構造のある一面の上に形成されている、
ことを特徴とする、発光ダイオード。

【請求項22】

前記エピタキシャル層は、前記パターン化基板におけるパターンのある一面に順に形成されている第１半導体層と、活性層と、タイプが第１半導体層と異なる第２半導体層と、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項２１に記載の発光ダイオード。

【請求項23】

基板を提供し、前記基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列される若干のパターン構造を形成することと、
前記パターン構造を形成することにおいては、前記基板の表面に第１部分を形成することと、前記第１部分の上方に第２部分を形成することと、が含まれて、隣り合うパターン構造の間の最短距離が０．１μｍ以下であるようにさせ、
前記パターン化基板におけるパターン構造のある一面にエピタキシャル層を形成することと、を含む、
ことを特徴とする、発光ダイオードの製作方法。

【請求項24】

前記パターン化基板における前記パターン構造同士の間に露出する前記基板におけるエピタキシャル成長面の前記パターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である、
ことを特徴とする請求項２３に記載の発光ダイオードの製作方法。

【請求項25】

前記パターン化基板の上に、第１半導体層と、活性層と、タイプが第１半導体層と異なる第２半導体層と、から順に構成されるエピタキシャル層を作成する、
ことを特徴とする請求項２３に記載の発光ダイオードの製作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイスの技術分野に関し、具体的に、パターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

異種基板及びエピタキシャル材料には、格子不整合及び熱膨張係数の不整合といった問題が存在しているため、異種エピタキシャル材料の内部において高い密度の転位が生じ、それによりキャリア漏れが発生して内部量子効率が低くなってしまう。

【0003】

転位の発生やスリップ転位を抑制して、転位の密度が低くて結晶の質量が高いエピタキシャル層を得るために、従来の技術においてパターン化基板に関する技術が発展している。パターン化基板に関する技術は、異種基板の表面に微細構造のあるパターンを作成し、そしてこのようなパターン化基板の表面にＬＥＤ材料をエピタキシャル成長する技術である。パターン化された境界面は、エピタキシャル材料の成長プロセスを変えて、欠陥が外表面へ延伸することを抑制して、デバイスの内部量子効率を向上させることができる。一般的には、パターン化基板においてエピタキシャル成長面の比率が比較的に低いので、そのエピタキシャル層の転位の密度が低ければ低いほどＬＥＤの明るさが高くなる。しかしながら、従来のパターン化基板におけるエピタキシャル成長面の比率を低くすることには限界があり、且つエピタキシャル成長面の面積が少な過ぎると、エピタキシャル成長が実行されにくくなり、品質の高いエピタキシャル層をエピタキシャル成長することに不利である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

背景技術における少なくとも１つの技術問題を解決するために、本発明は、エピタキシャル成長面の比率を更に低くすると共に、エピタキシャル成長の品質を確保して、発光デバイスの内部量子効率や光取り出し効率を向上させることができる、パターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、パターン化基板を提供する。パターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでいる。パターン構造は、基板の表面に形成されている第１部分と、第１部分の上方に形成されている第２部分と、を含んでいる。隣り合っているパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。

【0006】

選択的に、第１部分の頂部の横断面積は、第２部分の底部の横断面積と等しい。

【0007】

選択的に、第１部分は、多角錐台に形成されており、第２部分は、横断面積が底部から頂部へ漸次に減少する構造に形成されている。

【0008】

選択的に、第２部分は、多角錐又は多角錐台となっている。

【0009】

選択的に、多角錐又は多角錐台における側稜と底面との交差角度は、３０°～９０°の範囲内にある。

【0010】

選択的に、第１部分の高さのパターン構造全体の高さに対する比率は、０％～１００％の範囲内にある。

【0011】

選択的に、パターン構造の第１部分を形成する材料は、第２部分の材料と異なっている。その中で、第１部分を形成する材料は、基板の材料と同じである。

【0012】

選択的に、第２部分を形成する材料は、核生成抑制材料である。

【0013】

選択的に、形成する核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない材料であり、透明で光を吸収しない材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである。

【0014】

選択的に、前記パターン構造同士の間に露出している前記基板におけるエピタキシャル成長面の前記パターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である。

【0015】

本発明の一態様によれば、パターン化基板の製作方法を提供し、
基板を提供することと、基板の表面の上に若干のパターン構造を形成し、パターン構造が基板の表面に周期的で密接に排列されることと、を含み、
その中で、パターン構造は、基板の表面に形成される第１部分と、第１部分の上方にある第２部分と、を含み、隣り合うパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。

【0016】

選択的に、第１部分の頂部の横断面積は、第２部分の底部の横断面積と等しい。

【0017】

選択的に、第１部分は、多角錐台に形成され、第２部分は、横断面積が底部から頂部へ漸次に減少する構造に形成される。

【0018】

選択的に、第２部分は、多角錐又は多角錐台に形成される。

【0019】

選択的に、多角錐又は多角錐台における側稜と底面との交差角度は、３０°～９０°の範囲内にある。

【0020】

選択的に、第１部分の高さのパターン構造全体の高さに対する比率は、０％～１００％の範囲内にある。

【0021】

選択的に、基板の表面の上に若干のパターン構造を形成することにおいては、
基板の表面に第２材料層を形成し、第２材料層の材料が基板の材料と異なるようにすることと、
第２材料層の上方にマスク層を形成することと、
マスク層が覆っている状態で、第２材料層及び基板の一部をエッチングして、第２材料層が第２部分となり基板の一部が第１部分となるようにすることと、が含まれる。

【0022】

選択的に、第２材料層は、核生成抑制材料である。

【0023】

選択的に、形成する核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない材料であり、前記透明で光を吸収しない材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである。

【0024】

選択的に、パターン構造同士の間に露出している前記基板におけるエピタキシャル成長面の前記パターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である。

【0025】

本発明の一態様によれば、発光ダイオードを提供する。該発光ダイオードは、基板と、基板の表面に形成されているエピタキシャル層と、を含んでいる。基板は、上記したいずれか１つの態様のパターン化基板である。エピタキシャル層は、パターン化基板におけるパターン構造のある一面の上に形成されている。

【0026】

選択的に、エピタキシャル層は、パターン化基板におけるパターンのある一面に順に形成されている第１半導体層と、活性層と、タイプが第１半導体層と異なっている第２半導体層と、を含んでいる。

【0027】

本発明の一態様によれば、発光ダイオードの製作方法を提供し、
該発光ダイオードの製作方法は、基板を提供し、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列される若干のパターン構造を形成することと、
その中で、パターン構造を形成することにおいては、基板の表面に第１部分を形成することと、第１部分の上方に第２部分を形成することと、が含まれて、隣り合うパターン構造の間の最短距離が０．１μｍ以下であるようにさせ、
パターン化基板におけるパターン構造のある一面にエピタキシャル層を形成することと、を含む。

【0028】

選択的に、パターン構造同士の間に露出する基板におけるエピタキシャル成長面のパターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満である。

【0029】

選択的に、パターン化基板の上に、第１半導体層と、活性層と、タイプが第１半導体層と異なる第２半導体層と、から順に構成されるエピタキシャル層を作成する。

【発明の効果】

【0030】

従来の技術と比較すると、本発明に開示されるパターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法は、少なくとも以下の有益な効果を具えている。

【0031】

本発明のパターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでいる。パターン構造は、基板の表面に形成されている第１部分と、第１部分の上方に形成されている第２部分と、を含んでいる。隣り合っているパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。そのような構造は、一定の角度を有する面を複数具えているので、光散乱効率を増加させて光取り出し効率を向上させることができる。且つ、エピタキシャル成長の面積の比率が比較的に小さいので、エピタキシャル層の転位の密度を一定の程度に低くすることができる。更に、パターン化構造は、屈折率が比較的に高い多角錐台の材料、及び屈折率が比較的に低い多角錐の材料を有しており、該屈折率の差値が比較的に大きいので、光の反射効率や光取り出し効率を向上させることができる。且つ、多角錐の材料は、エピタキシャル層の核生成をさせにくい材料であるので、エピタキシャル層の転位の密度を更に低くしてＬＥＤの明るさを向上させることができる。なお、多角錐台に沿って成長したエピタキシャル成長において生成された横向きの転位は、隣り合っているパターンの間で生成された転位により打ち消されることができ、ひいては転位を減少してエピタキシャル成長の品質を高めることができる。

【0032】

本発明に開示される発光ダイオードは、本発明のパターン化基板を含んでいる。このため、得られた発光ダイオードは、明るさが大いに向上されていた。

【0033】

上記を総合すると、本発明に開示されるパターン化基板及び発光ダイオードは、エピタキシャル成長面の面積を低くして転位の密度を低くして発光効率を効果的に向上させることができる。且つ、パターン化基板におけるパターン化構造は、複数の面を具えているので、光散乱効率を更に増加させて光取り出し効率を向上させることができ、ひいてはＬＥＤの明るさを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1a】本発明の実施例１のパターン化基板を示す上面図である。

【図1b】図１ａにおけるＡ－Ａ線に沿った断面を示す図である。

【図2】本発明の実施例１又は実施例２のパターン化基板において、露出している基板におけるエピタキシャル面のパターン化基板に対する比率を示す模式図である。

【図3】本発明の実施例１における一実施例のパターン化基板のＡＦＭ写真を示す図である。

【図4a】本発明の実施例１における一実施例のパターン化基板のＳＥＭ写真を示す図である。

【図4b】本発明の実施例１における一実施例のパターン化基板のＳＥＭ写真を示す図である。

【図5a】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図5b】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図5c】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図5d】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図5e】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図5f】本発明の実施例２のパターン化基板の製作方法におけるフローを示す図である。

【図6】本発明の実施例３の発光ダイオードの構造を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明の実施例の目的、技術方案、及び利点をより明確に説明するために、以下、本発明の実施例の添付図面を組み合わせて、本発明の実施例における技術方案に対して明確且つ完全に説明する。説明する実施例は、本発明の一部の実施例であり、すべての実施例ではないことが明らかであろう。本発明の実施例に基づき、当業者が創造性のある働きをしないことを前提として得られるすべての他の実施例は、本発明に係る請求の範囲に属する。

【0036】

＜実施例１＞
本実施例は、パターン化基板を提供する。該パターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでいる。パターン構造は、基板の表面に形成されている第１部分と、第１部分の上方に形成されている第２部分と、を含んでいる。隣り合っているパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。本実施例のパターン化基板におけるパターン構造同士の間に露出している基板のエピタキシャル面の比率が比較的に小さいので、エピタキシャル材料の成長プロセスを変え、ひいてはエピタキシャル成長の転位の密度を低くしてＬＥＤの明るさの向上に対して有利である。

【0037】

具体的に、本発明の一実施例において、図１ａ～図１ｂを参照すると、パターン化基板１００は、基板１０１と、基板１０１の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造１０２と、を含んでいる。隣り合っているパターン構造１０２の間の最短距離ｄは、０．１μｍ以下である。パターン構造１０２同士の間に露出している基板１０１におけるエピタキシャル成長面のパターン化基板１００における表面に対する比率は、１４％未満である。なお、図２は、基板１０１におけるエピタキシャル成長面のパターン化基板１００に対する比率を示している。

【0038】

パターン構造１０２は、基板１０１の表面に形成されている多角錐台１０２１と、多角錐台１０２１の上に形成されている多角錐１０２２と、を含んでいる。且つ、多角錐台１０２１の頂部の横断面積は、多角錐１０２２の底部の横断面積と等しい。選択的に、多角錐台１０２１の高さのパターン構造１０２全体の高さに対する比率は、０％～１００％の範囲内にあり、０％～３０％の範囲内が好ましい。選択的に、多角錐１０２１又は多角錐台における側稜と底面との交差角度は、３０°～９０°の範囲内にあり、例えば４０°～６０°の範囲内にある。なお、本実施例のパターン化基板のＡＦＭ写真及びＳＥＭ写真については、図３及び図４ａ～４ｂを参照されたい。それによって、多角錐台１０２１と多角錐１０２２、或いは多角錐台は、一定の角度を有する面を複数備えており、複数の角度の面は、入射した光に対して散乱を行なうことができ、ひいては光散乱効率を増加させることができる。選択的に、多角錐台と多角錐、或いは多角錐台は、六角錐台と六角錐、或いは六角錐台であることができる。なお、本実施例に開示される多辺形は、標準な多辺形ではなくてもよく、例えば辺同士が弧状の輪郭で連結されてもよい。

【0039】

多角錐台１０２１の材料は、基板１０１の材料と同じであり、多角錐１０２２の材料は、多角錐台１０２１の材料と異なっている。選択可能な実施例において、多角錐１０２２の材料は、核生成抑制材料である。該核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない材料であり、具体的にＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである。上記した材料は、核生成抑制を形成することができるだけではなく、上記した材料は、いずれも透明で光を吸収しない材料であり、そのため転位を低減することができるとともに、材料に射出された光の吸収を低くして光取り出し効率を向上させることができる。多角錐台の材料は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＰＥＴ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＬｉＡｌＯ_２、ＬｉＧａＯ_２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｒＢ_２、ＺｎＯのいずれか一者であることができる。

【0040】

パターン構造１０２が、材料が異なっている多角錐台１０２１と多角錐１０２２を含んでいて、その中で、多角錐台１０２１の材料が基板の材料と同じであり、該材料の屈折率が比較的に高く、多角錐１０２２の材料が核生成抑制材料であり屈折率が比較的に低く、即ち、パターン構造において上層材料の屈折率が下層材料の屈折率よりも低いため、光の反射を増加させること及び光取り出し効率を増させることに有利である。一方、上層である多角錐１０２２が、容易に核生成しない異種光学材料であるので、エピタキシャル層が選択的な成長を行なうことができ、下層である多角錐１０２２に沿って成長したエピタキシャル成長が横向きの転位や傾斜転位を生成することができ、両パターン同士の間にある横向きの転位又は傾斜転位が打ち消され得る。且つ、横向きの転位又は傾斜転位が、貫通型の転位と遭遇すると、貫通型の転位が曲がって方向が変わってパターンの側面に消え、或いはパターンの頂部に集まるようになるので、転位を減少させることができる。このため、本実施例に開示されるパターン基板は、エピタキシャル層の転位の密度を低くすることができ、パターン同士の間隔が小さくなることによるエピタキシャル霧化を避けることができ、エピタキシャル層のエピタキシャル成長品質を向上させるとともに非放射性再結合を低減することができ、ひいては内部量子効率を向上させることができる。

【0041】

上記を総合すると、本実施例のパターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでいる。パターン構造同士の間に露出している基板のエピタキシャル面の比率が比較的に小さいので、エピタキシャル成長の転位の密度を低くすることができる。パターン構造における多角錐台と多角錐、或いは多角錐台は、光散乱効率を増加させて光取り出し効率を向上させることができる。ひいては、パターン化構造が、屈折率が比較的に高い多角錐台の材料、及び屈折率が比較的に低く且つ核生成が容易でない多角錐の材料を含んでいるので、エピタキシャル層が選択的な成長を行なうようにさせて、転位の密度を低くしてエピタキシャル層のエピタキシャル成長品質を向上させることができる。

【0042】

＜実施例２＞
本実施例は、パターン化基板の製作方法を開示する。該パターン化基板の製作方法は、基板を提供することと、基板の表面の上に若干のパターン構造を形成し、パターン構造が基板の表面に周期的で密接に排列されることと、を含む。その中で、パターン構造は、基板の表面にある第１部分と、第１部分の上方にある第２部分と、を含む。隣り合うパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。

【0043】

具体的に、本発明の一実施例において、図５ａ～図５ｆ及び図１ａを参照すると、該パターン化基板の製作方法は、以下のステップを含む。

【0044】

Ｓ１０１:基板１０１を提供する。基板１０１の上に一層の核生成抑制材料を堆積して、複合基板を取得する。

【0045】

具体的に、図５ａに示されるように、基板１０１を提供し、該基板１０１は、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＰＥＴ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＬｉＡｌＯ_２、ＬｉＧａＯ_２、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｒＢ_２、ＺｎＯのいずれか一つからなるものであることができる。化学気相蒸着プロセスを用いて基板上に一層の核生成抑制材料を堆積して複合基板を取得する。その中で、化学気相堆積は、プラズマ増強化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）であることができる。核生成抑制材料は、エピタキシャル成長がその表面に核を生成することを防ぐことができ、ひいてはエピタキシャル成長の品質を向上させることができる。選択的に、該核生成抑制材料も、屈折率の低い材料であり、そのため光の反射効果を向上させることができる。選択的に、上記した核生成抑制材料は、透明で光を吸収しない特徴を更に有している。選択的に、核生成抑制材料層は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものであることができる。選択可能な実施例において、該核生成抑制材料層の厚さは、０．１～２０μｍの範囲内にあり、例えば１．５～３μｍの範囲内にある。

【0046】

Ｓ１０２:複合基板の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干の多角柱状のパターンを形成する。

【0047】

具体的に、図５ｂを参照すると、複合基板の核生成抑制材料層上に一層のフォトレジストマスク２００を堆積する。フォトリソグラフィ及びドライエッチングプロセスを用いてフォトレジストマスク２００の一部を除去して複合基板の一部を露出して、図５ｃに示されるように、周期的で密接に排列される多角柱状のパターンを有するフォトレジストマスク２００を取得する。

【0048】

図５ｄを参照されたい。フォトレジストマスク２００の下において、複合基板に対してエッチングを続けて、周期的で密接に排列される多角柱状のパターンを取得する。図５ｅに示されるように、フォトレジストマスク２００を除去する。多角柱状のパターン同士の間の最短距離が０．１μｍ以下であり、パターン化基板１００の基板における露出しているエピタキシャル成長面のパターン化基板の全体面積に対する比率が、１４％未満であるようにさせる。多角柱の高さは、複合基板の総厚さ未満であり、且つ、核生成抑制材料の厚さを超える。即ち、多角柱状のパターンは、核生成抑制材料層の全体及び基板の一部を含んでいる。選択可能な実施例において、多角柱状のパターンにおける基板の一部の高さは、０．１～２０μｍの範囲内にあり、例えば１～３μｍの範囲内にある。本実施例において、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、ＢＣｌ_３、Ａｒ、Ｎ_２、Ｃｌ_２などのガスをエッチングガスとして用いて、エッチングプロセスのパラメータについては、上電極が１～２５００ｗの範囲内にあり、下電極が１～１５００ｗの範囲内にあり、ガス流量が１～２００ｓｃｃｍの範囲内にあり、エッチング時間が１～４０００ｓの範囲内にある。

【0049】

Ｓ１０３: 多角柱状のパターンを、底部が多角錐台１０２１であり且つ上部が多角錐１０２２又は多角錐台であるように転化する。

【0050】

具体的に、ドライエッチングプロセスを用いて多角柱状のパターンに対してエッチングし続けて、エッチングされたパターンに対して修飾を行なって、底部が多角錐台１０２１であり且つ上部が多角錐１０２２又は多角錐台であるパターン構造１０２を取得する。且つ、図５ｆ又は１ａに示されるように、多角錐台１０２１の頂部の横断面積は、多角錐１０２２の底部の横断面積と等しい。本実施例において、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、ＢＣｌ_３、Ａｒ、Ｎ_２、Ｃｌ_２などのガスをエッチングガスとして用いて、エッチングプロセスのパラメータについては、上電極が１～２５００ｗの範囲内にあり、下電極が１～１５００ｗの範囲内にあり、ガス流量が１～２００ｓｃｃｍの範囲内にあり、エッチング時間が１～４０００ｓの範囲内にある。

【0051】

＜実施例３＞
図６を参照されたい。本実施例は、発光ダイオードを開示する。該発光ダイオードは、基板と、基板の表面に形成されているエピタキシャル層と、を含んでいる。その中で、基板は、実施例１又は実施例２におけるパターン化基板であり、エピタキシャル層は、パターン化基板におけるパターン構造のある一面の上に形成されているものである。

【0052】

具体的に、図６を参照すると、パターン化基板１００におけるパターン構造のある一面の上に、第１半導体層１１０と、活性層１２０と、タイプが第１半導体層１１０と異なっている第２半導体層１３０と、から順に構成されているエピタキシャル層が含まれている。選択的に、第２半導体層１３０の上に第１電極１４０が形成されており、第１半導体層１１０の上に第２電極１５０が形成されている。選択的に、第１半導体層１１０及び第２半導体層１３０には、透明導電層が更に形成されており、該透明導電層は例えばＩＴＯである。第１電極１４０及び第２電極１５０は、いずれも該透明導電層に形成されている。選択的に、第１半導体層１１０は、ｎ型窒化ガリウム層であることができ、第２半導体層１３０は、ｐ型窒化ガリウム層であることができる。選択的に、パターン化基板１００における基板１０１及びその上に形成されている多角錐台１０２１の材料は、サファイア材料であり、多角錐１０２２の材料は、核生成しにくい異種光学材料であると共に、透明で光を吸収しないという特徴を有している。例えば、多角錐の材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである。

【0053】

同時に、本実施例は、上記した発光ダイオードの製作方法を更に提供する。該発光ダイオードの製作方法は、基板を提供し、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列される若干のパターン構造を形成することと、その中で、パターン構造を形成することにおいては、基板の表面に第１部分を形成することと、第１部分の上方に第２部分を形成することと、が含まれて、隣り合うパターン構造の間の最短距離が０．１μｍ以下であるようにさせ、パターン構造同士の間に露出する基板におけるエピタキシャル成長面のパターン化基板における表面に対する比率は、１４％未満であり、パターン化基板におけるパターン構造のある一面にエピタキシャル層を形成することと、を含む。その中で、パターン化基板を形成するステップについて、ここでは再び説明しない。

【0054】

パターン化基板におけるパターン構造のある一面に、エピタキシャル層を形成することにおいては、図６を参照すると、具体的に、パターン化基板１００に、化学気相堆積の方法を用いて第１半導体層１１０と、活性層１２０と、タイプが第１半導体層１１０と異なる第２半導体層１３０とを順に形成し、例えば第１半導体層１１０をｎ型窒化ガリウム層とし、第２半導体層１３０をｐ型窒化ガリウム層とすることができる。選択的に、パターン化基板１００における基板１０１及びその上に形成される多角錐台の材料は、サファイア材料であり、多角錐の材料は、核生成しにくい異種光学材料であるとともに、透明で光を吸収しないという特徴を有する。例えば、多角錐又は多角錐台の材料は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｓｉ_２Ｎ、Ｓｉ_２Ｎ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＣｅＦ_３、ＬａＦ_３、ＹＦ_３、ＢａＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されたものである。そして、第２半導体層１３０の上に第１電極１４０を形成し、第１半導体層１１０の上に第２電極１５０を形成する。形成する第１電極１４０及び第２電極１５０の材料は、Ａ１、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｕなどの一種の材料、或いはそれらの材料の少なくとも二種からなる合金であることができる。

【0055】

本実施例の発光ダイオードは、実施例１に開示のパターン化基板を含んでいるので、本実施例における発光ダイオードのエピタキシャル層の品質や光取り出し効率が比較的に大きく高まって、明るさが著しく向上される。

【0056】

上記を総合すると、本発明に開示されるパターン化基板、発光ダイオード、及びそれらの製作方法は、少なくとも以下の有益な効果を具えている。

【0057】

本発明のパターン化基板は、基板と、基板の表面の上にそれぞれ周期的で密接に排列されている若干のパターン構造と、を含んでいる。パターン構造は、基板の表面に形成されている第１部分と、第１部分の上方に形成されている第２部分と、を含んでいる。隣り合っているパターン構造の間の最短距離は、０．１μｍ以下である。そのような構造は、一定の角度を有する面を備えているので、光散乱効率を増加させて光取り出し効率を向上させることができる。且つ、エピタキシャル成長の面積が比較的に小さいので、エピタキシャル層の転位の密度を一定の程度に低くすることができる。更に、パターン化構造は、屈折率が比較的に高い多角錐台の材料、及び屈折率が比較的に低い多角錐の材料を有しており、該屈折率の差値が比較的に大きいので、光の反射効率や光取り出し効率を向上させることができる。且つ、多角錐の材料は、エピタキシャル層に核生成を起こさせにくい材料であるので、エピタキシャル層の転位の密度を更に低くしてＬＥＤの明るさを向上させることができる。なお、多角錐台に沿って成長したエピタキシャル成長において生成された横向きの転位は、隣り合っているパターンの間で生成された転位により打ち消されることができ、ひいては転位を減少してエピタキシャル成長の品質を高めることができる。

【0058】

本発明に開示されるパターン化基板及び発光ダイオードは、エピタキシャル成長面の面積を低くして転位の密度を低くして発光効率を効果的に向上させることができる。且つ、パターン化基板におけるパターン化構造は、複数の面を具えているので、光散乱効率を増加させて光取り出し効率を向上させることができ、ひいてはＬＥＤの明るさを向上させることができる。

【0059】

この具体的な実施例は、本発明を説明したものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本技術を熟知する者であれば、本明細書を読んだ後、需要に従って本実施例に対して変更を行なうことができるが、本発明の特許請求範囲に入れば、特許法の保護対象となるものである。

【符号の説明】

【0060】

１００ パターン化基板
１０１ 基板
１０２ パターン構造
１０２１ 多角錐台
１０２２ 多角錐
１１０ 第１半導体層
１２０ 活性層
１３０ 第２半導体層
１４０ 第１電極
１５０ 第２電極
２００ フォトレジストマスク
ｄ 最短距離

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図5e】

【図5f】

【図6】

【国際調査報告】