LEDspotlight

近幾年來III族氮化物(III-Nitride)高亮度發光二極體(High Brightness Light Emission Diode; HB-LED)深獲廣大重視，目前廣泛應用於交通號誌、LCD背光源及各種照明使用上。基本上，GaN LED是以磊晶(Epitaxial)方式生長在藍寶石基板(Sapphire Substrate)上，由於磊晶GaN與底部藍寶石基板的晶格常數(Lattice Constant)及熱膨脹係數(Coefficient of Thermo Expansion; CTE)相差極大，所以會產生高密度線差排(Thread Dislocation)達108~1010 / cm2，此種高密度線差排則會限制了GaN LED的發光效率。

此外，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)。以圖1來進行說明，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17o，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，進行藍寶石基板的蝕刻圖形化(Pattern Sapphire Substrate; PSS)；(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)，以及基板背面粗糙化(Sapphire Backside Roughing; SBR)。本文將參考相關文獻[1~6]，探討如何利用高溫磷酸濕式化學蝕刻技術，來達到增加LED光萃取效率之目的。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。