DE102013105480B4

DE102013105480B4 - Licht-emittierende Vorrichtung und Herstellverfahren derselben

Info

Publication number: DE102013105480B4
Application number: DE102013105480.3A
Authority: DE
Inventors: Jenn-Hwa Fu; Cheng-Hsien Li; Chi-Hao Huang
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: JP6161955B2; CN103456854B; KR20130133142A; TW201349565A; JP2013247367A; TWI539624B; KR101863714B1; CN103456854A; US20130313596A1; US9012942B2; DE102013105480A1

Abstract

Eine Licht-emittierende Vorrichtung (100) mit:einem Substrat (101) mit einer gemusterten Grenzfläche (1011) aus einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind,wobei die Vielzahl von gemusterten Abschnitten erste Abschnitte (A (x,y)) und zweite Abschnitte (A (x,y)) aufweist,wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der ersten Abschnitte (A (x,y)) gerade ist,wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der zweiten Abschnitte (A (x,y)) ungerade ist,wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer ersten Gruppe (ai) aufweisen, die darin gebildet sind,wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer zweiten Gruppe (bi) aufweisen, die darin gebildet sind,wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) und die zweiten Abschnitte (A (x,y)) voneinander beabstandet und/oder aneinandergrenzend angeordnet sind,wobei immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche (1011) zumindest ein unterschiedliches Merkmal aufweisen,wobei mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der ersten Gruppe (ai) in immer zwei beliebigen der ersten Abschnitte (A (x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen ersten Abschnitte (A (x,y)) angeordnet ist und mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der zweiten Gruppe (bi) in immer zwei beliebigen der zweiten Abschnitte (A(x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen zweiten Abschnitte (A(x,y)) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine licht-emittierende Vorrichtung und ein Herstellverfahren derselben.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren wurden Anstrengungen unternommen, um die Leuchtkraft von LEDs zu verbessern, um die Vorrichtung auf dem Beleuchtungsgebiet zu etablieren, und um ferner das Ziel einer Energieersparnis und einer Kohlenstoffreduktion zu erreichen. Die Steigerung der Leuchtkraft beruht auf einer Verbesserung der internen Quanteneffizienz (IQE) durch Verbessern der Qualität von Epitaxieschichten, um die Rekombinationsrate von Elektronen und Löchern zu erhöhen. Ein anderer Weg besteht darin, die Lichtextraktionseffizienz (LEE) durch effektives Leiten des Lichts, das von der licht-emittierenden Schicht emittiert wird, aus der Vorrichtung heraus zu verbessern und den Betrag des Lichtes zu verringern, der von der Struktur der licht-emittierenden Vorrichtung intern absorbiert wird.
Eine Oberflächenrauigkeitstechnik dient als einer der effektiven Wege, um die Leuchtkraft zu verbessern. Ein gängiges Verfahren des Oberflächenaufrauens ist ein mechanisches Polieren der Oberfläche des Substrats, um eine zufallsverteilte raue Oberfläche auszubilden. JP 2011 - 118 328 A zeigt ein Verfahren zur Bereitstellung eines Musters mit hervorragender Gleichmäßigkeit und hervorragendem Zufallsverhalten. JP 2010 - 92 936 A zeigt eine Halbleitervorrichtung mit hoher Lichtausbeute in einer zusammengesetzten Halbleiterschicht, die auf einem Saphirsubstrat wächst. US 2011 / 0 278 538 A1 zeigt eine Halbleitervorrichtung und eine Methodik zur Herstellung dieser mit einem Muster einer leitenden Halbleiterschicht eines ersten und eines zweiten Typs, das auf zumindest einer lichtemittierenden Oberfläche einer lichtemittierenden Struktur gebildet wird.
Der Stand der Technik zeigt jedoch kein Verfahren, um die Rauigkeit der Oberflächen in unterschiedlichen Abschnitten effektiv zu steuern, wie z.B. eine Tiefe oder Breite, wodurch die Reproduzierbarkeit verschlechtert wird. Außerdem ist es schwierig, die Qualität der Epitaxieschichten zu steuern. Damit werden wahrscheinlicher Epitaxieschichten von schlechter Qualität erzeugt, falls Epitaxieschichten auf der ungleichförmigen Oberfläche in der Massenproduktion ausgebildet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Licht-emittierende Vorrichtung bereit mit einer gemusterten Grenzfläche aus einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Vielzahl von gemusterten Abschnitten erste Abschnitte und zweite Abschnitte aufweist, wobei die ersten Abschnitte durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der ersten Abschnitte gerade ist, wobei die zweiten Abschnitte durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der zweiten Abschnitte ungerade ist, wobei die ersten Abschnitte jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer ersten Gruppe aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die zweiten Abschnitte jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer zweiten Gruppe aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte voneinander beabstandet und/oder aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche zumindest ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wobei mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der ersten Gruppe in immer zwei beliebigen der ersten Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen ersten Abschnitte angeordnet ist und mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der zweiten Gruppe in immer zwei beliebigen der zweiten Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen zweiten Abschnitte angeordnet ist.
Der andere Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren der Licht-emittierenden Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche bereit, das die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrats, Erzeugen einer Zufallsmusteranordnung gemäß einer Simulation, Ausbilden einer Maske mit dem auf dem Substrat angeordneten Zufallsmuster, und Abtragen eines Bereichs des Substrats, wodurch die Oberfläche des Substrats die Zufallsmusteranordnung auf diesem aufweist, wobei eine nach diesem Verfahren hergestellte Licht-emittierende Vorrichtung das Substrat mit einer gemusterten Grenzfläche aus einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, aufweist, wobei die Vielzahl von gemusterten Abschnitten erste Abschnitte und zweite Abschnitte aufweist, wobei die ersten Abschnitte durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der ersten Abschnitte gerade ist, wobei die zweiten Abschnitte durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der zweiten Abschnitte ungerade ist, wobei die ersten Abschnitte jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer ersten Gruppe (ai) aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die zweiten Abschnitte jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer zweiten Gruppe aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die ersten Abschnitte und die zweiten Abschnitte voneinander beabstandet und/oder aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche (zumindest ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wobei mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der ersten Gruppe in immer zwei beliebigen der ersten Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen ersten Abschnitte angeordnet ist und mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der zweiten Gruppe in immer zwei beliebigen der zweiten Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen zweiten Abschnitte angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform umfasst die Simulation eine Monte-Carlo-Simulation.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht der licht-emittierenden Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A bis 2E zeigen Formen gemäß den Draufsichten der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A bis 3D zeigen einen Verarbeitungsablauf des Herstellverfahrens der licht-emittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A bis 4D zeigen einen Verarbeitungsablauf des Herstellverfahrens der licht-emittierenden Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 1 zeigt eine licht-emittierende Vorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Wachstumssubstrat 101, eine undotierte Halbleiterschicht 102, die auf dem Wachstumssubstrat 101 epitaktisch ausgebildet ist, eine erste Kontaktschicht 103, die mit einem ersten Fremdmaterial dotiert und auf der undotierten Halbleiterschicht 102 ausgebildet ist, eine erste Hüllschicht 104, die mit dem ersten Fremdmaterial dotiert und auf der ersten Kontaktschicht 103 ausgebildet ist, eine aktive Schicht 105, die auf der ersten Hüllschicht 104 epitaktisch aufgewachsen ist, wobei die aktive Schicht 105 betrieben werden kann um Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge zu emittieren, eine zweite Hüllschicht 106, die auf der aktiven Schicht 105 epitaktisch ausgebildet ist, eine zweite Kontaktschicht 107, die mit einem zweiten Fremdmaterial dotiert ist und auf der zweiten Hüllschicht 106 epitaktisch aufgewachsen ist, eine Stromverteilungsschicht 108, die auf der zweiten Kontaktschicht 107 ausgebildet ist und einen ohmschen Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht 107 ausbildet, eine erste Elektrode 109, die auf der freigelegten ersten Kontaktschicht 103 durch Aufdampfen oder Sputtern ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode 110 aufweist, die auf der Stromverteilungsschicht 108 durch Aufdampfen oder Sputtern ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind das Wachstumssubstrat 101 und der Epitaxieschichtstapel einzelkristalline Strukturen, wobei der Epitaxieschichtstapel die erste Hüllschicht 104, die erste Kontaktschicht 103, die aktive Schicht 105, die zweite Hüllschicht 106, die zweite Kontaktschicht 107 und die Stromverteilungsschicht 108 aufweist.
Die gemusterte Grenzfläche 1011 ist zwischen dem Wachstumssubstrat 101 und der undotierten Halbleiterschicht 102 angeordnet. Die gemusterte Grenzfläche 1011 besteht aus vorbestimmten gemusterten Strukturen mit einer vorbestimmten Anzahl n, wobei die vorbestimmten gemusterten Strukturen sich voneinander unterscheiden. Die vorbestimmten gemusterten Strukturen in der gemusterten Grenzfläche 1011 können Kegel oder Pyramiden sein und eine vorbestimmte Anzahl n aufweisen. Die vorbestimmte Anzahl n liegt in einem Bereich von 10 bis 100, oder vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 50. Bei dieser Ausführungsform sind die von dem Wachstumssubstrat 101 überstehenden, vorbestimmten, gemusterten Strukturen unterschiedlich voneinander, wobei die Vielzahl der gemusterten Strukturen in eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe eingeteilt werden kann. Die gemusterten Strukturen a_i bezeichnen die gemusterten Strukturen der ersten Gruppe und die gemusterten Strukturen b_i bezeichnen die gemusterten Strukturen der zweiten Gruppe. Immer zwei gemusterte Strukturen a_i der ersten Gruppe weisen mindestens ein unterschiedliches Merkmal, wie Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale auf. Auf ähnliche Weise weisen immer zwei beliebige gemusterte Strukturen b_i der zweiten Gruppe mindestens ein unterschiedliches Merkmal auf, wie z.B. Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale. Darüber hinaus weist jede beliebige aus der ersten Gruppe ausgewählte gemusterte Struktur mindestens ein Merkmal auf, das sich von jeder gemusterten Struktur aus der zweiten Gruppe unterscheidet, wie zum Beispiel Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale. Mehrere gemusterte Strukturen a_i der ersten Gruppe und mehrere gemusterte Strukturen b_i der zweiten Gruppe sind sich wiederholend angeordnet auf unterschiedlichen oder nicht überlappenden Bereichen der gemusterten Grenzfläche 1011. Die Strukturgröße der gemusterten Strukturen liegt zwischen 0,5 µm bis 10 µm. Die Strukturgröße bei der vorliegenden Erfindung bezeichnet den längst möglichen Abstand zwischen zwei Punkten auf dem Umfang oder Rand der gemusterten Struktur. Beispielsweise bezeichnet die Strukturgröße eines Kreises seinen Durchmesser; die Strukturgröße eines Rechtecks bezeichnet seine Diagonale. Die Ausführungsformen der gemusterten Grenzfläche werden unten im Detail beschrieben.
Die 2A offenbart eine erste Ausführungsform der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 1 mit einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Position von jedem gemusterten Abschnitt festgelegt wird durch A(x,y), mit 1 ≤ x ≤ m, 1 ≤ y ≤ n, wobei x und y jeweils den Wert einer Koordinate in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung wiedergeben, und x, y, m und n positive ganze Zahlen sind, während m und n von der Chipgröße der licht-emittierenden Vorrichtung festgelegt werden. Wenn die Summe von x und y in einem Abschnitt A(x,y) gerade ist, wie zum Beispiel bei den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2), A(3,1) und A(3,3), weist der Abschnitt eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a_i der ersten Gruppe auf. Wenn die Summe von x und y in einem Abschnitt A(x,y) ungerade ist, wie zum Beispiel bei den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), weist der Abschnitt eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b_i der zweiten Gruppe auf. Somit sind die Abschnitte mit den mehreren gemusterten Strukturen a_i der ersten Gruppe und die Abschnitte mit den mehreren gemusterten Strukturen b_i der zweiten Gruppe voneinander beabstandet angeordnet und/oder grenzen aneinander an, sodass immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der strukturierten Grenzfläche 1011 mindestens ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wie z.B. Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale. Bei dieser Ausführungsform umfasst A(1,1) sechs gemusterte Strukturen a₁ bis a₆ mit einer kreisrunden Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei der Abstand D zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ungefähr 1 µm bis 10 µm beträgt, und der kleinste Abstand S zwischen zwei benachbarten gemusterten Strukturen nicht kleiner als 0,1 µm ist und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. A(2,1) umfasst auch sechs gemusterte Strukturen b₁ bis b₆ mit kreisrunder Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei D ein Abstand zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist, und der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen nicht kleiner als 0,1 µm ist und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. Darüber hinaus erfüllen die Strukturgrößen (Durchmesser) r₁ bis r₆ der gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ die folgende Gleichung: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1 ... n;
die Durchmesser R₁ bis R₆ von b₁ bis b₆ erfüllen auch die folgende Gleichung: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1 ... n;
wobei r_m und r_M jeweils den kleinsten Durchmesser und den größten Durchmesser der gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ und der gemusterten Strukturen b₁ bis b₆ bezeichnen. 2n gibt die Gesamtzahl der gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ und b₁ bis b₆ an, was in dieser Ausführungsform 12 entspricht, also 2n = 12. Beispielsweise betragen, wenn r_m und r_M 1,9 µm bzw. 3,0 µm betragen, r₁ bis r₆ 1,9 µm, 2,1 µm, 2,3 µm, 2,5 µm, 2,7 µm bzw. 2,9 µm, wobei r₁ = r_m und ein Abstand zwischen zwei beliebigen benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Werts ist; R₁ bis R₆ betragen 2,0 µm, 2,2 µm, 2,4 µm, 2,6 µm, 2,8 µm bzw. 3,0 µm, wobei R₆ = r_M ist und ein Abstand zwischen zwei beliebigen benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist.
Bei dieser Ausführungsform umfasst jeder Abschnitt A(x,y), bei dem die Summe von x und y gerade ist, eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ aus der ersten Gruppe. Allerdings ist die Anordnung der gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ in diesen Abschnitten unterschiedlich, zum Beispiel sind die gemusterten Strukturen mit demselben Durchmesser an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnung der gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ in den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2) und A(3,1), was bedeutet, dass mindestens eine selbe gemusterte Struktur in immer zwei beliebigen der obigen Abschnitten an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem Abschnitt angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen eine Summe aus x und y gerade ist, kleiner als die Fakultät von 6 (6!), was 720 ergibt. Mittels eines gängigen Verfahrens der Zufallsberechnung, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen a₁ bis a₆ in den Abschnitten unterschiedlich angeordnet werden. Auf ähnliche Weise umfasst, wenn ein Abschnitt A(x,y) eine ungerade Summe von x und y aufweist, dieser eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b₁ bis b₆ aus der zweiten Gruppe, die in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich angeordnet sind. Beispielsweise sind dieselben gemusterten Strukturen an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₆ in den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), was bedeutet, dass mindestens eine selbe gemusterte Struktur in zwei der oben genannten Abschnitten an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem Abschnitt angeordnet sind. Mittels eines gängigen Verfahrens der Zufallsberechnung, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, können die Abschnitte unterschiedlich angeordnet werden. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen die Summe aus x und y ungerade ist, kleiner als die Fakultät von 6 (6!), was 720 entspricht. Obwohl die gemusterte Grenzfläche 1011 begrenzte, vorbestimmte und unterschiedliche Musterstrukturen aufweist, die sich wiederholend in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind, wie bei der Ausführungsform offenbart, kann mindestens ein unterschiedliches Merkmal in zwei beliebigen benachbarten gemusterten Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 gefunden werden. Im Vergleich mit einer gemusterten Struktur von einem Kreis, wird die Effizienz der Lichtextraktion in der oben offenbarten Ausführungsform verbessert, da sich das von der aktiven Schicht 105 emittierte Licht zu der gemusterten Grenzfläche 1011 gleichmäßig ausbreiten kann.
Die 2B offenbart ferner eine zweite Ausführungsform der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 1, die eine Vielzahl von gemusterten Abschnitten aufweist, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Position von jedem gemusterten Abschnitt festgelegt ist als A(x,y), mit 1 ≤ x ≤ m, 1 ≤ y ≤ n, wobei x und y jeweils den Werten von Koordinaten in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung entsprechen. x, y, m und n sind positive ganze Zahlen, wobei m und n von der Chipgröße der licht-emittierenden Vorrichtung festgelegt werden. Wenn die Summe von x und y in einem Abschnitt A(x,y) gerade ist, wie z.B. bei den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2), A(3,1) und A(3,3), umfasst der Abschnitt A(x,y) eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe. Wenn die Summe von x und y in einem Abschnitt A(x,y) ungerade ist, wie z.B. bei den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), umfasst der Abschnitt A(x,y) eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe. Somit sind die Abschnitte mit einer Vielzahl von gemusterten Strukturen aus der ersten Gruppe und die Abschnitte mit einer Vielzahl von gemusterten Strukturen aus der zweiten Gruppe voneinander beabstandet angeordnet und/oder grenzen aneinander an, sodass immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen der gemusterten Grenzfläche 1011 mindestens ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wie z.B. Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale. Genauer gesagt umfasst der Abschnitt A(1,1) 10 gemusterte Strukturen a₁ bis a₁₀ mit einer kreisrunden Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei der Abstand D zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ungefähr 1 µm bis 10 µm beträgt. Der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist nicht kleiner als 0,1 µm und vorzugsweise liegt er zwischen 0,1 µm bis 5 µm. Der Abschnitt A(2,1) umfasst auch 10 gemusterte Strukturen b₁ bis b₁₀ mit einer kreisrunden Form aber unterschiedlichen Durchmessern, wobei D ein Abstand zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist und der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen nicht kleiner als 0,1 µm ist und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. Darüber hinaus erfüllen die Strukturgrößen (Durchmesser) r₁ bis r₁₀ der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ die folgende Gleichung: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1}, i = 1 \sim n;$
i = 1∼n;
die Durchmesser von b₁ bis bio, die auch mit R₁ bis R₁₀ bezeichnet werden, erfüllen die folgende Gleichung: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
r_m und r_M geben jeweils den kleinsten Durchmesser und den größten Durchmesser der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ und der gemusterten Strukturen b₁ bis bio an. 2n entspricht der Gesamtzahl der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ und b₁ bis b₁₀, was bei dieser Ausführungsform 20 entspricht, also 2n = 20. Beispielsweise betragen, wenn r_m und r_M 1,9 µm bzw. 3,8 µm betragen, r₁ bis r₁₀ 1,9 µm, 2,1 µm, 2,3, µm ..., 3,5 µm bzw. 3,7 µm, wobei r₁ = r_m ist und ein Abstand zwischen jeden zwei beliebigen benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist; R₁ bis R₁₀ betragen 2,0 µm, 2,2 µm, 2,4 µm, ..., 3,6 µm, 3,8 µm, wobei R₅ = r_M ist, und ein Abstand zwischen jeden zwei beliebigen benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist.
Bei dieser Ausführungsform umfasst jeder Abschnitt A(x,y), bei dem die Summe aus x und y gerade ist, eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ aus der ersten Gruppe. Allerdings unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ in diesen Abschnitten voneinander, beispielsweise sind dieselben Musterstrukturen an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₀ in den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2) und A(3,1) unterschiedlich, was bedeutet, dass mindestens eine identische Musterstruktur in jeden zwei beliebigen der oben genannten Abschnitten an unterschiedlichen Positionen in den beiden Abschnitten angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen die Summe aus x und y gerade ist, kleiner als die Fakultät von 10 (10!). Mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen unterschiedlich in den Abschnitten angeordnet werden. Auf ähnliche Weise umfasst, wenn ein Abschnitt A(x,y) eine ungerade Summe von x und y aufweist, dieser eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b₁ bis bio aus der zweiten Gruppe, die unterschiedlich in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₀ in den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), was bedeutet, dass mindestens eine identische Musterstruktur bei immer zwei beliebigen der obigen Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem Abschnitt angeordnet ist. Die Anordnungen können mittels eines gängigen Verfahrens der Zufallsberechnung erreicht werden, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, um Musterstrukturen in unterschiedlichen Anordnungen in unterschiedlichen Abschnitten anzuordnen. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen die Summe aus x und y ungerade ist, kleiner als die Fakultät von 10 (10!). Somit unterscheiden sich die Anordnungen der Abschnitte voneinander. Obwohl die gemusterte Grenzfläche 1011 begrenzte, vorbestimmte und unterschiedliche gemusterte Strukturen aufweisen, die in unterschiedlichen Abschnitten, wie in der Ausführungsform offenbart, wiederholt angeordnet sind, kann mindestens ein unterschiedliches Merkmal bei jedem beliebigen Paar von benachbarten Musterstrukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 gefunden werden. Im Vergleich mit einer gemusterten Struktur aus einem Kreis, wird die Effizienz der Lichtextraktion bei der oben offenbarten Ausführungsform verbessert, da das von der aktiven Schicht 105 emittierte Licht an die vorbestimmte Grenzfläche 1011 gleichmäßig verteilt wird.
Die 2C zeigt ferner eine dritte Ausführungsform der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 1, die eine Vielzahl von gemusterten Abschnitten aufweist, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Position von jedem gemusterten Abschnitt festgelegt wird durch A(x,y), mit 1 ≤ x ≤ m, 1 ≤ y ≤ n, wobei x und y jeweils die Werte von Koordinaten in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung wiedergeben. x, y, m und n sind positive ganze Zahlen, während m und n durch die Chipgröße der licht-emittierenden Vorrichtung vorbestimmt werden. Ein Abschnitt A(x,y) mit einer geraden Summe aus x und y, wie z.B. die Abschnitte A(1,1), A(1,3), A(2,2), A(3,1) und A(3,3), umfasst eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe. Ein Abschnitt (x, y) mit einer ungeraden Summe aus x und y, wie z.B. A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), umfasst eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe. Somit sind Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe und Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe voneinander beabstandet angeordnet und/oder grenzen aneinander an, sodass immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 mindestens ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, das nicht auf Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale beschränkt ist. Genauer gesagt umfasst A(1,1) 14 gemusterte Strukturen a₁ bis a₁₄ mit einer kreisförmigen Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Abstand D zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen beträgt ungefähr 1 µm bis 10 µm, und der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist nicht kleiner als 0,1 µm und vorzugsweise liegt er zwischen 0,1 µm bis 5 µm. A(2,1) umfasst auch 14 gemusterte Strukturen b₁ bis b₁₄ mit einer kreisförmigen Form aber unterschiedlichen Durchmessern, wobei D ein Abstand zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist und der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen nicht kleiner als 0,1 µm ist und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. Die Strukturgrößen (Durchmesser) r₁ bis r₁₄ von a₁ bis a₁₄ erfüllen die folgende Gleichung: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
die Durchmesser von b₁ bis b₁₄, die auch mit R₁ bis R₁₄ bezeichnet werden, erfüllen die folgende Gleichung: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
wobei r_m und r_M jeweils den kleinsten Durchmesser und den größten Durchmesser der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₄ und der gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₄ wiedergeben. 2n gibt die Gesamtzahl der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₄ und b₁ bis b₁₄ an, was in dieser Ausführungsform 28 entspricht, also 2n = 28. Beispielsweise sind, wenn r_m und r_M 1,0 µm und 3,7 µm betragen, r₁ bis r₁₄ 1,0 µm, 1,2 µm, 1,4 µm, ..., 3,4 µm, 3,6 µm, wobei r₁ = r_m ist und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist; R₁ bis R₁₄ betragen 1,1 µm, 1,3 µm, 1,5 µm, ..., 3,5 µm, 3,7 µm, wobei R₅ = r_M und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist.
Bei dieser Ausführungsform weist jeder Abschnitt A(x,y) mit einer geraden Summe aus x und y eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₄ aus der ersten Gruppe auf. Allerdings sind die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₄ in diesen Abschnitten unterschiedlich voneinander und dieselbe Musterstruktur ist an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₄ in den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2) und A(3,1), was bedeutet, dass mindestens eine selbe Struktur an unterschiedlichen relativen Positionen in zwei der vorgenannten Abschnitte angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte mit einer geraden Summe aus x und y sogar kleiner als die Fakultät von 14 (14!). Somit unterscheiden sich die Anordnungen der Abschnitte voneinander. Mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie z.B. einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen unterschiedlich in den Abschnitten angeordnet werden. Auf ähnliche Weise umfasst, wenn der Abschnitt A(x,y) eine ungerade Summe aus x und y aufweist, dieser eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₄ aus der zweiten Gruppe, die unterschiedlich angeordnet sind. Allerdings unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₄ in diesen Abschnitten, sodass dieselben Musterstrukturen mit unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b1 bis b14 in den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), was bedeutet dass mindestens eine identische Musterstruktur in jedem beliebigen Paar aus den vorgenannten Abschnitten an unterschiedlichen relativen Positionen in zwei Abschnitten angeordnet ist. Mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie z.B. einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen unterschiedlich voneinander angeordnet werden. Genauer gesagt, beträgt die Anzahl der Abschnitte, bei der eine Summe aus x und y ungerade ist, weniger als die Fakultät von 14 (14!). Somit sind die Anordnungen der Abschnitte unterschiedlich voneinander. Obwohl die gemusterte Grenzfläche 1011 begrenzte, vorbestimmte und unterschiedlich gemusterte Strukturen aufweist, die in unterschiedlichen Abschnitten, wie in der Ausführungsform offenbart, sich wiederholend angeordnet sind, kann mindestens ein unterschiedliches Merkmal bei zwei beliebigen oder immer zwei benachbarten gemusterten Strukturen der gemusterten Grenzfläche 1011 gefunden werden. Im Vergleich mit der gemusterten Struktur eines Kreises wird die Effizienz der Lichtextraktion bei der oben offenbarten Ausführungsform verbessert, da das von der aktiven Schicht 105 emittierte Licht gleichmäßig an die gemusterte Grenzfläche 1011 gestreut wird.
Die 2D zeigt ferner eine vierte Ausführungsform der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 1 mit einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Position von jedem gemusterten Abschnitt festgelegt wird als A(x,y), mit 1 ≤ x < m, 1 ≤ y ≤ n, wobei x und y jeweils die Werte von Koordinaten in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung angeben. x, y, m und n sind positive ganze Zahlen, während m und n von der Chipgröße der licht-emittierenden Vorrichtung festgelegt werden. Ein Abschnitt A(x,y) mit einer geraden Summe aus x und y, wie z.B. die Abschnitte A(1,1), A(1,3), A(2,2), A(3,1) und A(3,3), umfassen eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe. A(x,y) mit einer ungeraden Summe aus x und y, wie z.B. A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), umfasst eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe. Somit sind Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe und Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe voneinander beabstandet angeordnet und/oder grenzen aneinander an, sodass immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 mindestens ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wie z.B. Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale. Genauer gesagt umfasst A(1,1) 18 gemusterte Strukturen a₁ bis a₁₈ mit einer kreisförmigen Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Abstand D zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen beträgt ungefähr 1 µm bis 10 µm und der kleinste Abstand von den Rändern zwischen zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist nicht kleiner als 0,1 µm und vorzugsweise liegt er zwischen 0,1 µm bis 5 µm. A(2,1) umfasst auch 18 gemusterte Strukturen b₁ bis b₁₈ mit einer kreisförmigen Form aber mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei D ein Abstand zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten Strukturen ist und der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen nicht kleiner als 0,1 µm ist und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. Die Strukturgrößen (Durchmesser) r₁ bis r₁₈ von a1 bis a₁₈ erfüllen die folgende Gleichung: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
die Durchmesser von b₁ bis bis, die auch als R₁ bis R₁₈ wiedergegeben werden, erfüllen die folgende Gleichung: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
wobei r_m und r_M jeweils die kleinsten Durchmesser und den größten Durchmesser der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₈ und der gemusterten Strukturen b₁ bis bis angeben. 2n gibt die Gesamtanzahl der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₈ und b₁ bis b₁₈ an, was bei dieser Ausführungsform 36 entspricht, also 2n = 36. Beispielsweise sind, wenn r_m und r_M 1,0 µm und 4,5 µm betragen, r₁ bis r₁₈, 1,0 µm, 1,2 µm, 1,4 µm, ..., 4,2 µm, 4,4 µm, wobei r₁ = r_m ist und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist; R₁ bis R₁₈ sind 1,1 µm, 1,3 µm, 1,5 µm, ..., 4,3 µm, 4,5 µm, sodass R₅ = r_M ist und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist.
Bei dieser Ausführungsform umfasst jeder Abschnitt A(x,y), bei dem die Summe aus x und y gerade ist, eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₈ aus der ersten Gruppe. Allerdings unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₈ in diesen Abschnitten voneinander, so dass dieselben Musterstrukturen an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₁₈ in den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2) und A(3,1) unterschiedlich, was bedeutet, dass mindestens eine identische Struktur an unterschiedlichen Positionen in zwei der vorgenannten Abschnitten angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen die Summe aus x und y gerade ist, kleiner als die Fakultät von 18 (18!). Mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen unterschiedlich in den Abschnitten angeordnet werden. Auf ähnliche Weise umfasst, wenn ein Abschnitt A(x,y) eine ungerade Summe von x und y aufweist, dieser eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b₁ bis bis aus der zweiten Gruppe, die unterschiedlich in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Allerdings sind die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₈ in diesen Abschnitten unterschiedlich, so dass die selben Musterstrukturen an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₁₈ in den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), was bedeutet, dass mindestens eine identische Musterstruktur in immer zweien der vorgenannten Abschnitte an unterschiedlichen relativen Positionen in zwei Abschnitten angeordnet ist. Mittels eines gängigen Verfahrens der Zufallsberechnung, wie zum Beispiel einer Monte-Carlo-Simulation, können die Musterstrukturen in Abschnitten unterschiedlich angeordnet werden. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte, bei denen die Summe aus x und y ungerade ist, kleiner als die Fakultät von 18 (18!). Somit unterscheiden sich die Anordnungen der Abschnitte voneinander. Obwohl die gemusterte Grenzfläche 1011 begrenzte, vorbestimmte und unterschiedliche gemusterte Strukturen aufweisen, die in unterschiedlichen Abschnitten, wie in der Ausführungsform offenbart, wiederholt angeordnet sind, kann mindestens ein unterschiedliches Merkmal bei jedem beliebigen Paar von benachbarten Musterstrukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 gefunden werden. Im Vergleich mit einer gemusterten Struktur aus einem Kreis, wird die Effizienz der Lichtextraktion bei der oben offenbarten Ausführungsform verbessert, da das von der aktiven Schicht 105 emittierte Licht an die vorbestimmte Grenzfläche 1011 gleichmäßig verteilt wird.
Die 2E zeigt ferner eine fünfte Ausführungsform der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 1, die eine Vielzahl von gemusterten Abschnitten aufweist, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Position von jedem gemusterten Abschnitt festgelegt wird durch A(x,y), mit 1 ≤ x ≤ m, 1 ≤ y ≤ n, wobei x und y jeweils die Werte von Koordinaten in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung wiedergeben. x, y, m und n sind positive ganze Zahlen, während m und n durch die Chipgröße der licht-emittierenden Vorrichtung vorbestimmt werden. Ein Abschnitt A(x,y) mit einer geraden Summe aus x und y, wie z.B. die Abschnitte A(1,1), A(1,3), A(2,2), A(3,1) und A(3,3), umfasst eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe. Ein Abschnitt (x, y) mit einer ungeraden Summe aus x und y, wie z.B. A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), umfasst eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe. Somit sind Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen a_i aus der ersten Gruppe und Abschnitte mit mehreren gemusterten Strukturen b_i aus der zweiten Gruppe voneinander beabstandet angeordnet und/oder grenzen aneinander an, sodass immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche 1011 mindestens ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, das nicht auf Größe, Form, Abstand oder andere strukturelle Merkmale beschränkt ist. Genauer gesagt umfasst A(1,1) 21 gemusterte Strukturen a₁ bis a₂₁ mit einer kreisförmigen Draufsicht mit unterschiedlichen Durchmessern. Der Abstand D zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen beträgt ungefähr 1 µm bis 10 µm, und der kleinste Abstand zwischen den Ränder von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist nicht kleiner als 0,1 µm und vorzugsweise liegt er zwischen 0,1 µm bis 5 µm. A(2, 1) umfasst auch 21 gemusterte Strukturen b₁ bis b₂₁ mit einer kreisförmigen Form aber unterschiedlichen Durchmessern, wobei D ein Abstand zwischen zwei geometrischen Zentren von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist. Der kleinste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ist nicht kleiner als 0,1 µm und vorzugsweise zwischen 0,1 µm bis 5 µm liegt. Die Strukturgrößen (Durchmesser) r₁ bis r₂₁ von a₁ bis a₂₁ erfüllen die folgende Gleichung: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
die Durchmesser von b₁ bis b₂₁, die auch mit R₁ bis R₂₁ bezeichnet werden, erfüllen die folgende Gleichung: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1∼n;
wobei r_m und r_M jeweils den kleinsten Durchmesser und den größten Durchmesser der gemusterten Strukturen a₁ bis a₂₁ und der gemusterten Strukturen b₁ bis b₂₁ wiedergeben. 2n gibt die Gesamtzahl der gemusterten Strukturen a₁ bis a₂₁ und b₁ bis b₂₁ an, was in dieser Ausführungsform 42 entspricht, also 2n = 42. Beispielsweise sind, wenn r_m und r_M 0,9 µm und 5,0 µm betragen, r₁ bis r₂₁ 0,9 µm, 1,1 µm, 1,3 µm, ..., 4,7 µm, 4,9 µm, wobei r₁ = r_m ist und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist; R₁ bis R₂₁ betragen 1,0 µm, 1,2 µm, 1,4 µm, ..., 4,8 µm, 5,0 µm, wobei R₅ = r_M und der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von zwei benachbarten gemusterten Strukturen ein ganzzahliges Vielfaches eines vorbestimmten Wertes ist.
Bei dieser Ausführungsform weist jeder Abschnitt A(x,y) mit einer geraden Summe aus x und y eine Vielzahl von gemusterten Strukturen a₁ bis a₂₁ aus der ersten Gruppe auf. Allerdings sind die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₂₁ in diesen Abschnitten unterschiedlich voneinander, so dass dieselbe Musterstruktur an unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen a₁ bis a₂₁ in den Abschnitten A(1,1), A(1,3), A(2,2) und A(3,1), was bedeutet, dass mindestens eine selbe Struktur an unterschiedlichen relativen Positionen in zwei der vorgenannten Abschnitte angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Anzahl der Abschnitte mit einer geraden Summe aus x und y sogar kleiner als die Fakultät von 21 (21!). Mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie z.B. einer Monte-Carlo-Simulation, können die gemusterten Strukturen unterschiedlich in den Abschnitten angeordnet werden. Auf ähnliche Weise umfasst, wenn der Abschnitt A(x,y) eine ungerade Summe aus x und y aufweist, dieser eine Vielzahl von gemusterten Strukturen b₁ bis b₂₁ aus der zweiten Gruppe. Allerdings unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₂₁ in diesen Abschnitten, sodass dieselben Musterstrukturen mit unterschiedlichen relativen Positionen in unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Anordnungen der gemusterten Strukturen b₁ bis b₂₁ in den Abschnitten A(2,1), A(1,2), A(2,3) und A(3,2), was bedeutet dass mindestens eine identische Musterstruktur in jedem beliebigen Paar aus den vorgenannten Abschnitten an unterschiedlichen relativen Positionen in zwei Abschnitten angeordnet ist. Die Anordnungen können mittels eines gängigen Verfahrens einer Zufallsberechnung, wie z.B. einer Monte-Carlo-Simulation, erreicht werden, um sich voneinander zu unterscheiden. Genauer gesagt, beträgt die Anzahl der Abschnitte, bei der eine Summe aus x und y ungerade ist, weniger als die Fakultät von 21 (21!). Somit sind die Anordnungen der Abschnitte unterschiedlich voneinander. Obwohl die gemusterte Grenzfläche 1011 begrenzte, vorbestimmte und unterschiedlich gemusterte Strukturen aufweist, die in unterschiedlichen Abschnitten, wie in der Ausführungsform offenbart, sich wiederholend angeordnet sind, kann mindestens ein unterschiedliches Merkmal bei zwei beliebigen oder immer zwei benachbarten gemusterten Strukturen der gemusterten Grenzfläche 1011 gefunden werden. Im Vergleich mit der gemusterten Struktur eines Kreises wird die Effizienz der Lichtextraktion bei der oben offenbarten Ausführungsform verbessert, da das von der aktiven Schicht 105 emittierte Licht gleichmäßig an die gemusterte Grenzfläche 1011 gestreut wird.
Die 3A bis 3D zeigen ein Herstellverfahren in Übereinstimmung mit der gemusterten Grenzfläche 1011, die in den 2A bis 2E gezeigt ist, das Ausbilden einer Maske, die entworfen ist, um Muster in Übereinstimmung mit den Mustern aus den 2A bis 2E aufzuweisen, und eine lithografische Verarbeitung umfasst, wie z.B. Belichten bei einem herkömmlichen Fotolack und Entwickeln, um eine gemusterte Fotolackschicht 20 auf einem Wachstumssubstrat 10 auszubilden, wie in der 3B gezeigt. Dann wird das Muster der gemusterten Fotolackschicht 20 auf das Wachstumssubstrat 10 mittels eines Trockenätzvorgangs übertragen, um ein Substrat 100 mit einer gemusterten Grenzfläche 1011 auszubilden, wie in der 3C gezeigt. Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Nassätzverarbeitung auf der gesamten Oberfläche der gemusterten Grenzfläche 1011 aus der 3C durchgeführt, um eine gemusterte Grenzfläche 1012 mit Mikrorauigkeitsstrukturen aufzuweisen. Die mikroaufgeraute Struktur ist eine Mikrostruktur, die im Wesentlichen entlang der Oberfläche der gemusterten Grenzfläche 1011 ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Rauigkeit der mikroaufgerauten Struktur nicht größer als die Rauigkeit der gemusterten Grenzfläche 1012, sodass das emittierte Licht gestreut werden kann und die Effizienz der Lichtextraktion verbessert ist. Die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbarte gemusterte Grenzfläche kann in der Massenproduktion hergestellt werden und hält eine geringere Abänderung von Produkten zwischen Substrat zu Substrat oder Wafer zu Wafer bei. Im Vergleich mit herkömmlichen Vorgängen von Zufallsrauigkeit bieten die offenbarten Ausführungsformen stabilere und besser steuerbare Qualität mit geringeren Abweichungen zwischen den Produkten und eine bessere Reproduzierbarkeit der Produkte.
Die 4A bis 4D zeigen eine licht-emittierende Vorrichtung und sein Herstellverfahren in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform. Das Herstellverfahren umfasst Bereitstellen einer ersten Stapelstruktur S1, das ein Bereitstellen eines Wachstumssubstrat 201, epitaktisches Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht 202 auf dem Wachstumssubstrat 201, epitaktisches Aufwachsen einer mit einem ersten Fremdmaterial dotierten ersten Kontaktschicht 203 auf der undotierten Halbleiterschicht 202, Aufwachsen einer mit dem ersten Fremdmaterial dotierten ersten Hüllschicht 204 auf der ersten Kontaktschicht 203, epitaktisches Ausbilden einer aktiven Schicht 205 auf der ersten Hüllschicht 204, wobei die aktive Schicht 205 betrieben werden kann, um ein Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge zu emittieren, epitaktisches Aufwachsen einer mit einem zweiten Fremdmaterial dotierten zweiten Hüllschicht 206 auf der aktiven Schicht 205, epitaktisches Aufwachsen einer mit dem zweiten Fremdmaterial dotierten zweiten Kontaktschicht 205 auf der zweiten Hüllschicht 206, Ausbilden einer reflektierenden Schicht 208 auf der zweiten Kontaktschicht 207 und Ausbilden eines ohmschen Kontakts mit der zweiten Kontaktschicht 207, Ausbilden einer ersten Verbindungsschicht 209 auf der reflektierenden Schicht 208, um die in der 4A gezeigte erste Stapelstruktur S1 fertigzustellen. Die reflektierende Schicht 208 umfasst Materialien mit einem Reflexionsgrad von höher als 80 % in Übereinstimmung mit dem von der aktiven Schicht emittierten Licht, wie z.B. ein Metall, ein dielektrisches Material und eine Kombination daraus. Dann wird eine zweite Stapelstruktur bereitgestellt, das ein Bereitstellen eines Trägers 301 und Ausbilden einer zweiten Verbindungsschicht 302 auf dem Träger 301 umfasst, um die in der 4B gezeigte zweite Stapelstruktur S2 fertigzustellen. Nach dem Fertigstellen der ersten Stapelstruktur S1 und der zweiten Stapelstruktur S2 werden die erste Verbindungsschicht 209 und die zweite Verbindungsschicht 302 in einem Verbindungsschritt verbunden, um die erste Stapelstruktur S1 und die zweite Stapelstruktur S2 miteinander zu verbinden. Bei der Ausführungsform wird der Verbindungsschritt mittels eines Vorgangs eines Thermokompressionsverbindens bei 400°C durchgeführt. Nach dem Verbinden wird das Wachstumssubstrat 201 und die dotierte Halbleiterschicht 202 abgetragen, um die erste Kontaktschicht 203 freizulegen, wie in der 4C gezeigt. Dann wird eine gemusterte Grenzfläche 2032 auf der ersten Oberfläche der ersten Kontaktschicht 203 ausgebildet. Die gemusterte Grenzfläche 2032 und ihr Herstellverfahren sind dieselben wie in der obigen Beschreibung und wie in den 1, 2A bis 2D und 3A bis 3D dargestellt.
Die in den obigen Ausführungsformen offenbarten gemusterten Grenzflächen sind nicht darauf beschränkt, um auf Grenzflächen zwischen zwei bestimmten Strukturen oder auf einer Oberfläche einer bestimmten Struktur ausgebildet zu werden. Gemusterte Grenzflächen, die in den Ausführungsformen oben offenbart wurden, sind nicht darauf beschränkt, um auf allen Oberflächen oder auf allen Grenzflächen ausgebildet zu werden. Dabei kann die gemusterte Grenzfläche auch auf einem Teil der Grenzfläche oder Oberflächen ausgebildet werden.
Bei den obigen Ausführungsformen umfassen die Materialien der undotierten Halbleiterschicht, der ersten Kontaktschicht, der ersten Hüllschicht, der zweiten Hüllschicht, der zweiten Kontaktschicht und der aktiven Schicht III-V Materialien, wie z.B. Al_pGa_qIn_(i-p-q)P oder Al_xIn_yGa_(1-x-y)N mit 0 ≤ p, q, x, y ≤ 1 und p, q, x und y sind positive Zahlen mit (p+q) ≤ 1 und (x+y) ≤ 1. Das erste Fremdmaterial ist ein n-Fremdmaterial, wie z.B. Si, oder ein p-Fremdmaterial, wie z.B. Mg oder Zn. Das zweite Fremdmaterial ist ein Fremdmaterial mit einem gegenteiligen Ladungsträger im Vergleich mit dem ersten Fremdmaterial. Die Stromaufweitungsschicht umfasst ein leitendes Metalloxid, wie z.B. ITO und ZnO, oder eine leitende Halbleiterschicht, wie z.B. eine Halbleiterschicht mit einer hohen Dotierungskonzentration von Phosphiden oder einem Nitrid-Gemisch. Das Material des Wachstumssubstrats kann ein transparentes Material sein, wie z.B. GaP, Saphir, SiC, GaN, Si und AlN. Das Material der ersten Verbindungsschicht oder der zweiten Verbindungsschicht kann von der Anwendung abhängen, wie z.B. leitende Materialien und isolierende Materialien, die jeweils an vertikale und horizontale licht-emittierende Vorrichtungen angepasst werden; wobei die leitenden Materialien Halbleiterschichten, ein transparentes leitendes Oxid, Metall und eine Metalllegierung aufweisen und die isolierenden Materialien Makromolekülmaterialien und dielektrische Materialien aufweisen.
Bei den obigen Ausführungsformen kann basierend auf den Anforderungen der Anwendung das Material des Trägers ein leitendes Material oder ein Material mit einer höheren Leitfähigkeit als das Wachstumssubstrat, ein transparentes Material oder ein Material mit einer höheren Transparenz als das Wachstumssubstrat in Übereinstimmung mit dem von der aktiven Schicht emittierten Licht, und ein wärmeleitendes Material oder ein Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als das Wachstumssubstrat sein. Das leitende Material des Trägers umfasst einen Halbleiter, ein transparentes leitendes Oxid, Metall und eine Metalllegierung. Das transparente Material des Trägers umfasst GaN, Saphir, SiC, GaN oder AlN. Das wärmeleitende Material des Trägers umfasst einen Halbleiter, wie z.B. Si oder ZnO, kohlenstoffbasierende Materialien, wie z.B. Diamant, diamantartiger Kohlenstoff (DLC) oder Graphit, ein Metall oder eine Metalllegierung.

Claims

Eine Licht-emittierende Vorrichtung (100) mit: einem Substrat (101) mit einer gemusterten Grenzfläche (1011) aus einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Vielzahl von gemusterten Abschnitten erste Abschnitte (A (x,y)) und zweite Abschnitte (A (x,y)) aufweist, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der ersten Abschnitte (A (x,y)) gerade ist, wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der zweiten Abschnitte (A (x,y)) ungerade ist, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer ersten Gruppe (ai) aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer zweiten Gruppe (bi) aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) und die zweiten Abschnitte (A (x,y)) voneinander beabstandet und/oder aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche (1011) zumindest ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wobei mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der ersten Gruppe (ai) in immer zwei beliebigen der ersten Abschnitte (A (x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen ersten Abschnitte (A (x,y)) angeordnet ist und mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der zweiten Gruppe (bi) in immer zwei beliebigen der zweiten Abschnitte (A(x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen zweiten Abschnitte (A(x,y)) angeordnet ist.
Die Licht-emittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von gemusterten Strukturen der ersten Gruppe (ai) und die Vielzahl von gemusterten Strukturen der zweiten Gruppe (bi) im Wesentlichen dieselbe Form mit unterschiedlichen Strukturgrößen aufweisen.
Die Licht-emittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Strukturgrößen zwischen 0,5 µm und 10 µm liegen.
Die Licht-emittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Strukturgrößen der Vielzahl von gemusterten Strukturen der ersten Gruppe (ai) die folgende Gleichung erfüllen: $r_{i} = r_{m} + (2 i - 2) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1 bis n; wobei die Strukturgrößen der Vielzahl von gemusterten Strukturen der zweiten Gruppe (bi) die folgende Gleichung erfüllen: $R_{i} = r_{m} + (2 i - 1) * \frac{(r_{M} - r_{m})}{2 n - 1},$
i = 1 bis n; wobei r_m und r_M jeweils die kleinsten und größten Strukturgrößen der Vielzahl von gemusterten Strukturen der ersten Gruppe (ai) und der Vielzahl von gemusterten Strukturen der zweiten Gruppe (bi) sind, 2n die Anzahl der Vielzahl von gemusterten Strukturen der ersten Gruppe (ai) und der Vielzahl von gemusterten Strukturen der zweiten Gruppe (bi) ist.
Die Licht-emittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, mit einem Epitaxiestapel, ausgebildet in den ersten Abschnitten (A (x,y)) und den zweiten Abschnitten (A (x,y)).
Die Licht-emittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, ferner mit einer Verbindungsschicht (209) und einer reflektierenden Schicht (208) zwischen dem Substrat (101) und dem Epitaxiestapel.
Ein Herstellungsverfahren einer Licht-emittierenden Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Substrats (101); - Erzeugen einer Zufallsmusteranordnung gemäß einer Simulationsberechnung; - Ausbilden einer Maske mit der Zufallsmusteranordnung auf dem Substrat (101); und - Abtragen eines Teils des Substrats (101), sodass das Substrat (101) die Zufallsmusteranordnung auf dem Substrat aufweist, - wobei eine nach diesem Verfahren hergestellte Licht-emittierende Vorrichtung (100) aufweist: - das Substrat (101) mit einer gemusterten Grenzfläche (1011) aus einer Vielzahl von gemusterten Abschnitten, die in einer Matrixform angeordnet sind, wobei die Vielzahl von gemusterten Abschnitten erste Abschnitte (A (x,y)) und zweite Abschnitte (A (x,y)) aufweist, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der ersten Abschnitte (A (x,y)) gerade ist, wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) durch einen x-Wert in einer horizontalen Richtung und einen y-Wert in einer vertikalen Richtung wiedergegeben werden und die Summe von x-Wert und y-Wert in jedem der zweiten Abschnitte (A (x,y)) ungerade ist, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer ersten Gruppe (ai) aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die zweiten Abschnitte (A (x,y)) jeweils eine Vielzahl von gemusterten Strukturen einer zweiten Gruppe (bi) aufweisen, die darin gebildet sind, wobei die ersten Abschnitte (A (x,y)) und die zweiten Abschnitte (A (x,y)) voneinander beabstandet und/oder aneinandergrenzend angeordnet sind, wobei immer zwei benachbarte gemusterte Strukturen auf der gemusterten Grenzfläche (1011) zumindest ein unterschiedliches Merkmal aufweisen, wobei mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der ersten Gruppe (ai) in immer zwei beliebigen der ersten Abschnitte (A (x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen ersten Abschnitte (A (x,y)) angeordnet ist und mindestens eine selbe gemusterte Struktur aus der zweiten Gruppe (bi) in immer zwei beliebigen der zweiten Abschnitte (A(x,y)) an unterschiedlichen relativen Positionen in jedem der zwei beliebigen zweiten Abschnitte (A(x,y)) angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Simulationsberechnung eine Monte-Carlo-Simulation umfasst.