CN104425658A - 半导体发光组件 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种半导体发光组件，其包含有一基板以及一设于基板上的半导体单元，该基板包括一基体以及一个以上设置于该基体上的图形单元，该图形单元包括多数围绕部以及一设置于该等围绕部之间的中央部，该等围绕部的各个中心点形成一几何中心点，该中央部的中心点与该几何中心点间具有一间距；该半导体单元能通入电流而发光，通过基板上的中央部偏离该等围绕部的几何中心点的结构，使该半导体单元发出的光线能通过图形单元的该等围绕部及中央部以更多角度反射，使该半导体发光组件发出的光线具有较广的发射角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体发光组件，特别是指一种可增加光线散射角度的半导体发光组件。
背景技术
请参考图12所示，为美国专利公开第20100264447号“半导体发光组件(SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE)”，包含依序形成的一基板91、一n型外延层92、一主动层93与一p型外延层94，该基板91于其表面形成有呈数组式的凹凸图形，该n型外延层92是沉积于该基板91上，该主动层93是沉积于该n型外延层92上，而p型外延层94是沉积于该主动层93上，该主动层93于通入电流后会产生光线并向外发射，该基板91的凹凸图形会将往下的光线向上反射，以此提升光萃取效率。
然而，现有具有凹凸图形的基板91是以数组方式整齐地排列，因此大部分光线反射后会以垂直于该基板91的角度射出，导致轴向光偏强，其他非轴向角度的光线与侧向光偏弱，如此便无法有效地应用在需要较广射角的产品上(例如消防指示灯)。
发明内容
如前揭所述，现有半导体发光组件的基板的凹凸图形是以数组方式排列，因此轴向光偏强而侧向光偏弱，无法有效地将光线以较广的角度向外发出，因此本发明主要目的在提供一半导体发光组件，主要是于基板上设有非规则性排列的图形单元，令光线可以较广的角度向外发射。
为达成前述目的所采取的主要技术手段是令前述半导体发光组件，包含有：
一基板，其包括一基体以及至少一设置于该基体上的图形单元，该图形单元包括多数设置于该基体上的围绕部以及一设置于该等围绕部之间的中央部，该等围绕部与中央部分别具有一中心点，并根据该等围绕部的各中心点形成一几何中心点，该中央部的中心点与该几何中心点之间具有一间距；以及
一半导体单元，其设置于该基板上，能通入电流而发光。
由前述组件组成的半导体发光组件，通过图形单元的中央部偏离周围该等围绕部的几何中心点结构，能使该半导体单元朝向基板发出的光线能由图形单元的各个围绕部与中央部以更多不同角度被反射，而使光线具有较广的发射角度，解决现有数组式凹凸图形基板轴向光偏强而侧向光偏弱的问题。
附图说明
图1是本发明第一较佳实施例的侧视图。
图2是本发明第一较佳实施例的俯视图。
图3是本发明第二较佳实施例的侧视图。
图4是本发明第二较佳实施例的俯视图。
图5是本发明第三较佳实施例的侧视图。
图6是本发明第三较佳实施例的俯视图。
图7是本发明第四较佳实施例的侧视图。
图8是本发明第五较佳实施例的侧视图。
图9是本发明第六较佳实施例的图形单元的立体图。
图10是本发明第六较佳实施例的侧视图。
图11是本发明第七较佳实施例的侧视图。
图12是现有半导体发光组件的剖面图。
具体实施方式
以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的数个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
关于本发明的第一较佳实施例，请参阅图1与图2，该半导体发光组件10包括有一基板20以及一半导体单元30，该半导体单元30是由多个外延层堆栈于该基板20的表面而成。
该基板20包括一基体21以及于该基体21上设有一个以上的图形单元22，该图形单元22包括六个围绕部221以及一设置于该等围绕部221中的中央部222，各围绕部221的底部是呈圆形并具有一中心点A，其侧视是呈圆锥状，该等围绕部221是以环状设置而排列成六角形，两个相对的围绕部221分别以其中心点A形成一条假想延伸线，因此六个围绕部221的中心点A共形成三条交错的假想延伸线，该等假想延伸线的交点即形成一几何中心点223，该中央部222的底部是呈圆形并具有一中心点B，而其侧视也是呈圆锥状，该中央部222的中心点B与该几何中心点223具有一间距L，且中央部222的中心点B是于几何中心点223的平面的任意方位，也就是中央部222的中心点B偏离前述几何中心点223。
当上述该等围绕部221底部半径(r1)与中央部222底部半径(r2)分别为600nm时，100nm的间距L能对短波长的光线造成较佳的散射效果，因此在本较佳实施例中的间距L特别是以100nm作说明。而当上述该等围绕部221底部与中央部222底部的直径分别为200nm时，20nm的间距L能对短波长的光线造成较佳的散射效果。
该半导体单元30是设置于该基板20上并能通入电流而发光，该半导体单元30的多个外延层是包括一设置于该基板20上的第一极性部31、一设置于该第一极性部31上的量子井部32、一设置于该量子井部32上且极性与该第一极性部31相反的第二极性部33、一设置于该第一极性部31上的第一电极34，以及一设置于该第二极性部33上的第二电极35；该第一电极34与第二电极35通电后，通过第一极性部31与第二极性部33将电力送至量子井部32，藉此量子井部32可向外发出多道光线40。该半导体单元30是以Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体为主要材料制作而成，在本较佳实施例中该半导体单元30是以砷化镓（GaAs）作说明，该基板20是以砷化镓基板（GaAs Substrate）作说明，当然也可以使用磷化铟基板（InP Substrate）或其他能用于成长砷化镓的基板，由于基板20能导电，因此整体可制作为垂直式结构。
本较佳实施例的优点在于：通过该基板20的中央部222偏离该等围绕部221定出的几何中心点223的结构，而能使该半导体单元30所发出的多道光线40能以更多不同角度被反射，以使光线40具有较广的发射角度。另外，偏离几何中心点223的中央部222能进一步产生释放半导体单元30外延层的应力效果，降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
关于本发明的第二较佳实施例，请参阅图3与图4，本较佳实施例大致与第一较佳实施例相同，不同的是：该半导体单元30是以氮化物（Nitride base）材料做说明，特别是以氮化镓（GaN）为主的材料及其组成物，例如氮化铟镓（InGaN）、氮化铝镓（AlGaN）、氮化铝铟镓（AlInGaN）等，当然也可以使用或掺杂其他材料以提升其发光效率或降低其应力，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。该基板20的材料能选自氧化铝（Al2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）、氧化硅（SiO2）或其组合，在本较佳实施例中是以氧化铝基板（Al2O3 Substrate）作说明。在本较佳实施例中，该半导体单元30发出的光波长为365nm至600nm。
因此针对不同尺寸的围绕部221与中央部222计算间距L时，介于0至2000nm的间距L为较佳的数值限定范围，当然不应以本较佳实施例所界定的范围为限。另外，该基板20的各个围绕部221具有一第一尺寸(包括底部的直径及对应的高度)，该中央部222具有一第二尺寸(包括底部的直径及对应的高度)，在本较佳实施例中，是以第一尺寸大于第二尺寸作说明，当然也能够视实际需要使第一尺寸小于第二尺寸，在本较佳实施例中，所述围绕部221的第一尺寸是以底部半径(r1)为600nm、高度(h1)为400nm做说明，而该中央部222的第二尺寸是以底部半径(r2)为400nm、高度(h2)为270nm做说明，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。
本较佳实施例的优点在于：通过限定数值的间距L，对于氮化镓系列所发出的偏短波长光线能产生较佳的散射效果。
关于本发明的第三较佳实施例，请参阅图5与图6，本较佳实施例大致与第二较佳实施例相同，不同处在于：该基板20包括多数个图形单元22，每个图形单元22分呈六角形，因此相邻的两个图形单元22的两个围绕部221是共享的，若每个图形单元22为其他形状的多角形(例如五角形)，则会有一个以上共享的的围绕部221。另外，相邻的两个图形单元22的中央部222的中心点B与相对应几何中心223的间距L与方位皆不相同，意即，每一个间距L皆为控制产生，但所述间距L皆小于2000nm。
该半导体单元30同样包括设置于该基板20上的第一极性部31、设置于该第一极性部31上的量子井部32、设置于该量子井部32上且极性与该第一极性部31相反的第二极性部33、设置于该第一极性部31上的第一电极34以及设置于该第二极性部33上的第二电极35，并于该第二极性部33与第二电极35间设有一透明导电层36。
在本较佳实施例中，该透明导电层36是以氧化铟锡（ITO）作说明，当然也能使用氧化锌（ZnO）、氧化铝锌（AZO）、氧化铟锌（IZO）或其他能导电且能透光的材料取代，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。
在本较佳实施例中，该第一极性部31为n型半导体，该第二极性部33则为p型半导体，当然也可以将第一极性部31与第二极性部33的极性对调，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。
在本较佳实施例中，该半导体单元30是以氮化物（Nitride base）材料做说明，特别是以氮化铝镓（AlGaN）为主的材料及其组成物，例如氮化铝（AlN）、氮化铟镓（InGaN）、氮化镓（GaN）、氮化铝铟镓（AlInGaN）等，当然也可以使用或掺杂其他材料以提升其发光效率或降低其应力，不应以本较佳实施例所揭露的内容为限。在本较佳实施例中，该半导体单元30所发出的光波长为360nm至480nm。
在本较佳实施例中，该基板20是以蓝宝石基板（Sapphire Substrate）作说明，当然也可以使用硅基板（Si Substrate）、氮化镓基板（GaN Substrate）、碳化硅基板（SiC Substrate）或其他能用于成长氮化镓的基板，不应以本较佳实施例所记载为限。
另外，在本较佳实施例中，该基板20厚度是介于10μm至500μm之间。特别说明的是，基板20厚度会影响该半导体单元30的散热效果，用于外延的基板20厚度约为500μm，因此能够以研磨的方式使该基板20厚度减少至适当的厚度，不过当基板20越薄较容易破裂，因此后续制程的难度越高。在本较佳实施例中，较适当的厚度为150μm，而所谓的适当厚度应该视该半导体单元30的类型与整体设计进行调整，不应以本较佳实施例所记载为限。
本较佳实施例的优点在于，通过所述图形单元22朝不同方向且具有不同位移间距L的中央部222，能使整体光线更为均匀的以发散的角度射出，因此能避免轴向光过强，而且散射的角度也更为广泛。另外，所述偏离几何中心点223的中央部222更能进一步产生释放外延层应力的效果，因此能降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
关于本发明的第四较佳实施例，请参阅图7，本较佳实施例大致上与该第三较佳实施例相同，不同处在于：该基板20进一步于基体21上形成有一布拉格反射层23（Distributed Bragg Reflectors,DBR），该布拉格反射层23是由两种折射率不同的材料以交替方式排列而成，每一材料的厚度为操作波长的四分之一，因此是一种四分之一波长多层系统，由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，因此该布拉格反射层23在任何入射角的反射率可以高达99%以上，该布拉格反射层23是形成于该等围绕部221与中央部222的周围，但并不完全覆盖所述围绕部221与中央部222，使所述围绕部221与中央部222的局部凸出于该布拉格反射层23上。
该半导体单元30为垂直结构发光二极管，该半导体单元30包括依序设置于该基板2上的第一极性部31、量子井部32、第二极性部33以及第二电极35。
在本较佳实施例中，该基板20是以硅基板（Si Substrate）作说明，当然也可以使用氮化镓基板（GaN Substrate）、碳化硅基板（SiC Substrate）、蓝宝石基板（Sapphire Substrate）或其他能用于成长氮化镓的基板，不应以本较佳实施例所记载为限。
在本较佳实施例中，该布拉格反射层23是以氧化硅（SiO2）与氧化钛（TiO2）薄膜交互层叠而成，布拉格反射层23主要是由二种折射率不同的材料进行堆栈而成，折射率差值愈大就能用越少的层数达到预期的反射率。因此只要是能制作布拉格反射层23的可透光导电材料或透明导电膜材料皆可使用，除了本较佳实施例采用的氧化硅与氧化钛以外，当然也能使用氧化锌（ZnO）、氧化铟锡（ITO）、氧化铝锌（AZO）、氧化铟锌（IZO）、铝（Al）或其他具有类似特性的材料，并考虑该半导体单元30所发出的光波段去设计各层厚度与材料，以制作出布拉格反射层23，不应以本较佳实施例所记载的内容为限。
本较佳实施例的优点在于，该外延层能在凸出于该布拉格反射层23上的所述围绕部221与中央部222局部上成长，量子井部32在通入电流发光时，该布拉格反射层23又能提供良好的反射效果，以提升整体的光萃取效率。另外，偏离几何中心223的中央部222更能进一步产生释放外延层应力的效果，因此能降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
关于本发明的第五较佳实施例，请参阅图8，本较佳实施例大致上与该第四较佳实施例相同，不同处在于：该半导体单元30为垂直结构发光二极管，该布拉格反射层23是分别设置于该等围绕部221与该中央部222的椎体表面。
在本较佳实施例中，该基板20是以硅基板（Si Substrate）作说明，当然也可以使用氮化镓基板（GaN Substrate）、碳化硅基板（SiC Substrate）、蓝宝石基板（Sapphire Substrate）或其他能用于成长氮化镓的基板，不应以本较佳实施例所记载为限。
在本较佳实施例中，该布拉格反射层23除了上述的氧化硅、氧化钛、氧化锌（ZnO）、氧化铟锡（ITO）、氧化铝锌（AZO）与氧化铟锌（IZO）的外，可进一步使用铝（Al）、银（Ag）、钛（Ti）、金（Au）或其他具有类似特性的材料制作或组合，不应以本较佳实施例所记载的内容为限。
本较佳实施例的优点在于，外延层能在该布拉格反射层23以外的基体21上成长，而在通入电流而发光时，该布拉格反射层23又能提供良好的反射效果，以提升整体的光萃取效率。另外，偏离几何中心223的中央部222更能进一步产生释放外延层应力的效果，因此能降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
关于本发明的第六较佳实施例，请参阅图9与图10，该图形单元22包括两个围绕部221与一个中央部222，该等围绕部221与该中央部222皆为长条状且其剖面成锥状，两个围绕部221的中心点A以等距离D于基板20上形成几何中心点223，该几何中心点223与该中央部222间具有一间距L。
该半导体单元30为垂直结构发光二极管，该基板20是以氮化镓基板（GaN Substrate）作说明，当然也可以使用硅基板（Si Substrate）、碳化硅基板（SiC Substrate）、蓝宝石基板2（Sapphire Substrate）或其他能用于成长氮化镓的基板，不应以本较佳实施例所记载为限。
本较佳实施例的优点在于，通过条状的围绕部221与中央部222不只能对光线产生反射的效果，更能进一步降低制造成本。另外，偏离几何中心点223的中央部222更能进一步产生释放外延层应力的效果，因此能降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
关于本发明的第七较佳实施例，请参阅图11，本较佳实施例大致上与该第六较佳实施例相同，不同处在于：该半导体单元30为具有二维（2DEG）电子气的高电子迁移率晶体管（High electron mobility transistor,HEMT）。该半导体单元30包括设置于该基板20上的第一极性部31、一设置于该第一极性部31上并能形成二维电子气的高速传导层37，以及三个设置于该高速传导层37上的电极38。在本较佳实施例中，该高速传导层37包括一氮化镓层371（GaN）以及一氮化铝镓层372（AlGaN），该二维电子气是形成于氮化镓层371与氮化铝镓层372的接面处。
本较佳实施例的优点在于，该高电子迁移率晶体管并非用于发光，由于该基板20上的图形单元22能提升外延质量，而所述偏离几何中心点223的中央部222更能进一步产生释放外延层应力的效果，因此能降低材料内部所累积的应力以提升整体使用寿命。
综上所述，本发明的半导体发光组件10通过该基板20的中央部222偏离所述围绕部221的几何中心点223的结构，而能使该半导体单元30所发出的光线能以更多角度被反射，以使光线具有较广的发射角度，故确实能达成本发明的目的。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，本领域相关技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明权利要求的内容，依据本发明的权利要求实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明权利要求的范围内。
Claims (15)
1.一种半导体发光组件，其特征在于，包含有：
一基板，其包括一基体以及至少一设置于所述基体上的图形单元，所述图形单元包括多数设置于所述基体上的围绕部以及一设置于所述围绕部之间的中央部，所述围绕部与中央部分别具有一中心点，并根据所述围绕部的各中心点形成一几何中心点，所述中央部的中心点与所述几何中心点之间具有一间距；以及
一半导体单元，其设置于所述基板上，能通入电流而发光。
2.根据权利要求1所述的半导体发光组件，其特征在于，所述图形单元包括六个围绕部，所述围绕部是以环形设置，所述中央部的中心点与几何中心点的间距小于2000nm。
3.根据权利要求2所述的半导体发光组件，其特征在于，所述基板的各围绕部具有一第一尺寸，所述中央部具有一第二尺寸，所述第一尺寸与第二尺寸是不相同的。
4.根据权利要求3所述的半导体发光组件，其特征在于，所述基板具有一布拉格反射层，所述布拉格反射层是形成于所述围绕部与中央部的周围。
5.根据权利要求3所述的半导体发光组件，其特征在于，所述基板具有一布拉格反射层，所述布拉格反射层是局部覆盖于围绕部与中央部上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体发光组件，其特征在于，所述基板设有多数图形单元，相邻图形单元共享一个以上的围绕部。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体发光组件，其特征在于，所述基板设有多数图形单元，相邻图形单元的中央部的中心点与相对应几何中心点的间距与方位皆不相同。
8.根据权利要求6所述的半导体发光组件，其特征在于，相邻的图形单元的中央部的中心点与相对应几何中心点的间距与位移方向皆不相同。
9.根据权利要求7所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元包括依序设置于所述基板上的一第一极性部、一量子井部、一极性与第一极性部相反的第二极性部、一第一电极以及一第二电极。
10.根据权利要求8所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元包括依序设置于所述基板上的一第一极性部、一量子井部、一极性与第一极性部相反的第二极性部、一第一电极以及一第二电极。
11.根据权利要求7所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元包括依序设置于所述基板上的一第一极性部、一形成二维电子气的高速传导层以及一个以上的电极，所述高速传导层包括一氮化镓层以及一氮化铝镓层，所述二维电子气是形成于氮化镓层与氮化铝镓层的接面处。
12.根据权利要求8所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元包括依序设置于所述基板上的一第一极性部、一形成二维电子气的高速传导层以及一个以上的电极，所述高速传导层包括一氮化镓层以及一氮化铝镓层，所述二维电子气是形成于氮化镓层与氮化铝镓层的接面处。
13.根据权利要求9所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元是砷化镓，所述基板是以砷化镓基板或磷化铟基板。
14.根据权利要求9所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元是氮化镓、氮化铟镓、氮化铝镓或氮化铝铟镓，所述基板是氧化铝、硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝或氧化硅。
15.根据权利要求9所述的半导体发光组件，其特征在于，所述半导体单元于所述第二极性部与第二电极间设有一透明导电层，所述透明导电层是氧化铟锡、氧化锌、氧化铝锌或氧化铟锌。
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