近幾年來III族氮化物(III-Nitride)高亮度發(fā)光二極體(High Brightness Light Emission Diode; HB-LED)深獲廣大重視，目前廣泛應用于交通號誌、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，由于磊晶GaN與底部藍寶石基板的晶格常數(shù)(Lattice Constant)及熱膨脹係數(shù)(Coefficient of Thermo Expansion; CTE)相差極大，所以會產(chǎn)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(fā)光效率。 

此外，在HB-LED結(jié)構(gòu)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(shù)(High Refractive Index)，這將使得LED所產(chǎn)生的光受到局限(Trapped Light)。以圖1來進行說明，從主動區(qū)所發(fā)射的光線在到達半導體與周圍空氣之界面時，如果光的入射角大于逃逸角錐(Escape Cone)之臨界角(Critical Angle;αc)時，則會產(chǎn)生全內(nèi)反射(Total Internal Reflection)；對于高折射係數(shù)之半導體而言，其臨界角都非常小，當折射係數(shù)為3.3時，其全內(nèi)反射角則只有17o，所以大部份從主動區(qū)所發(fā)射的光線，將被局限(Trapped)于半導體內(nèi)部，這種被局限的光有可能會被較厚的基板所吸收。此外，由于基板之電子與電洞對，會因基板品質(zhì)不良或效率較低，導致有較大機率產(chǎn)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(qū)萃取光源，以進而增加光萃取效率(Light Extraction Efficiency)，乃成為各LED制造商重要的努力目標。 

目前有兩種方法可增加LED光提取效率： 

(1)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磊晶后，進行藍寶石基板的側(cè)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光提取效率之目的。 

此外，針對LED生產(chǎn)線之高產(chǎn)能與高良率需求時，在工藝系統(tǒng)設計制作上必須考慮到哪些因數(shù)，亦將進行詳細探討，以期達到增加LED光提取效率之目的。

如圖1所示，從主動區(qū)所發(fā)射的光線在到達半導體與周圍空氣之界面時，如果光的入射角大于臨界角(αc)時，則會產(chǎn)生全內(nèi)反射。 

2、磊晶前藍寶石基板之蝕刻圖形化(PPS)工藝 

藍寶石基板蝕刻圖形化(PPS)可以有效增加光的萃取效率，因為藉由基板表面幾何圖形之變化，可以改變LED的散射機制，或?qū)⑸⑸涔鈱б罫ED內(nèi)部，進而由逃逸角錐中穿出。目前使用單步驟無光罩乾式蝕刻技術(Maskless Dry Etching)來加工藍寶石(Sapphire)基板，雖然可以改善內(nèi)部量子效率(Internal Quantum Efficiency)和光萃取率(Light Extraction Efficiency)，然而由于藍寶石基板表面非常堅硬，乾式蝕刻會損傷藍寶石表面，使得線差排(Thread Dislocation)由基板逐漸延伸到頂端的GaN磊晶層，因而影響到LED之磊晶品質(zhì)，所以一般都傾向使用濕式化學蝕刻方式。有關藍寶石基板之濕式化學蝕刻圖形化，以及LED之前段工藝流程