TW201104917A - Re-emitting semiconductor construction with enhanced extraction efficiency - Google Patents

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TW201104917A TW099114253A TW99114253A TW201104917A TW 201104917 A TW201104917 A TW 201104917A TW 099114253 A TW099114253 A TW 099114253A TW 99114253 A TW99114253 A TW 99114253A TW 201104917 A TW201104917 A TW 201104917A
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zhao-hui Yang
Michael Albert Haase
Ya-Sha Yi
Terry Lee Smith
Catherine Anne Leatherdale
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Description

201104917 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明基本上係關於一種固態半導體光源及相關的裝 置、系統、及方法。 本申請案係關於以下於同曰發表之美國專利申請案，且 該案係以引用方式併入本文：美國申請案第61/175636號， 「Re-Emitting Semiconductor Carrier Devices For Use With LEDs and Methods of Manufacture」，（代理檔案號 65435US002) ’ 及美國申請案 61/175,632，「Semic〇nduct〇r
Devices Grown on Indium-Containing Substrates Utilizing
Indium Depletion Mechanisms」（代理檔案號 65434US002)。 【先前技術】 已知種類繁多的半導體裝置及製造半導體裝置之方法。 一部份此等裝置係經設計以發射諸如可見或近可見（例如 1外或近紅外）光之光。實例包括發光二極體（LED)及雷射 一極體。另一實例係形成再發射半導體構造（RSC)之半導體 層堆疊β
與LED不同的是，RSC無需來自外部電子電路之電驅動電 机來發光。而是，RSC藉由吸收RSC之活性區域中第一波長 λ!之光產生電子-電洞對。此等電子及電洞隨後會於活性區 域中之勢阱中再組合，以根據勢阱數及其等設計特徵發射 不同於第-;皮長λ丨之第二波長^下，及視情況其他波長^、 Μ等之光。第一波長人丨下之引發輻射或「泵浦光」典型上係 藉由耦合至RSC之藍、紫或紫外發射LED提供。示例性RSC 148017.doc 201104917 裝置、其等構造方法’及相關裝置及方法可參見，例如， 美國專利案第7,402,83 1號（Meller等人）、美國專利申請公開 案 US 2007/0284565(Leatherdale 等人）及 US 2007/0290190 (Haase等人）、PCT公開案 WO 2009/048704(Kelley 等人）、及 於2008年6月26日申請之待審中的美國申請案第61/075,918 E ^ Converting
Construction)」（代理 權案號64395US002) ’該等文獻係以引 用的方式併入本文° 人ncr l〇8*LED 102之說明性裝置1〇〇。哕 圖1顯示組合RSC ιυ ^ L 有LED半導體層堆疊1〇4，有日车聪也 LED於LED基板106上具名 有時稱為 ^ -及η-型接面層、發光層（典型上今古 磊晶層。層104可包栝Ρ 工3有 硝置板層。層104可經由可選之垃 量子阱）、緩衝層、及頂 延 < 接合 从V 1 〇6。LED具有上表面1 12及下砉而 層116貼附至LED基板1〇 久卜表面， i η相比於上表面為平坦之情況辦％ ώ 且上表面係經紋理化以邗 ^凡增強自 颜系般於此等上及下表面上提供雪扰 LED之光提取。可如顯 扠供電極 118、12〇。當經由此等€極連接至合適電源時，LED便發 射第-波長λι之光’其<對應於藍或紫外（UV)光。—部份 ιη8炎於此處被吸收。 此LED光會進入RSC 1υ
μ八膺110貼附至LED之上表面U2。Rsr RSC 108係經由接合肩 RSC 】24，來自LED之果浦光會經出τ圭 具有上及下表面122、P 军丄由下表 /1姑經設δ十之1子胖結構114 ’以你於 面124進入。RSC亦包将 便於 山辦瞄係鐵選擇以吸收由LED 1〇2發射之至 該結構部份中之帶隙你 心主 上，级由吸收泵浦光產生之電荷載子會移入 少一部份泵浦光。猎田 Η秒入 々其他部份一量子牌層中，於此處兮 具有較小帶隙之結構之’ 處5玄 148017.doc 201104917 等載子會再組合並產生較長波長之光。此於圖1中描述為： 源自RSC 108中並離開RSC之第二波長λ2下之再發射光以提 供輸出光。 圖2顯示包含RSC之說明性半導體層堆疊210。該堆疊係 利用分子束磊晶法（ΜΒΕ)於磷化銦（InP)晶圓上生長。首先 藉由ΜΒΕ於InP基板上生長GalnAs緩衝層以製備用於II-VI 生長之表面。隨後經由超高真空轉移系統將該晶圓移動至 另一 MBE室以生長RSC中所使用之II-VI磊晶層。如此生成 之RSC之細節係顯示於圖2中並概述於表1中。該表列出與 RSC有關之不同層之厚度、材料組成、帶隙及層說明。該 RSC包括各具有2.15 eV之躍遷能之8個CdZnSe量子阱230。 各量子阱230係夾合於可吸收由LED發射之藍光之具有2.48 eV之帶隙能之CdMgZnSe吸收層232之間。RSC亦包括各種 窗孔、緩衝及分級層。 表1 參照數字 材料 厚度 (nm) 帶隙/躍遷 (eV) 註釋 230 Cd〇.48Zn〇.52Se 3.1 2.15 量子阱 232 Cd〇.38Mg〇.2iZn〇.4iSe 8 2.48 吸收層 234 Cd〇.38Mg〇.2iZn〇.4iSe:Cl 92 2.48 吸收層 236 Cdo.22Mgo.45Zno.33Se 100 2.93 窗孔 238 Cdo22Mgo.45Zno.33Se + Cd〇.38Mg〇.2iZn〇.4iSe 250 2.93-2.48 分級層 240 Cd〇.38Mg〇.2i Zn〇.41 Se: Cl 46 2.48 吸收層 242 Cd〇.3sMg〇.2iZn〇.4iSe -> Cdo.22Mgo.45Zno.33Se 250 2.48-2.93 分級層 244 Cdo.39Zno.6iSe 4.4 2.24 II-VI緩衝層 246 Gao.47Ino.53As 190 0.77 III-V緩衝層 148017.doc 201104917 此及其他RSC裝置之其他細節可參見pct公開案WO 2009/048704(Kelley等人）。 因RSC之層係由半導體材料組成，且半導體材料一般具 有相對高的折射率，故於RSC中產生之第二波長、之光及其 他光易因RSC外表面處之全内反射而被捕集於rsc内並於 RSC内被吸收’而非貢獻於所發射之輸出。因此，為減低 此損耗機制’已建議使RSC之一或多個表面紋理化以增強 RSC中產生之長波長光之提取效率。參見例如ρ^τ公開案 WO 2009/048704(Kelley等人）。 【發明内容】 特定言之，吾人於本文描述促進針對再發射半導體構造 (RSC)之光提取目前技藝狀態之裝置及方法。因此，除簡單 地將RSC之一或多個表面紋理化外，吾人於本文中亦揭示 關於特別適宜應用於R S C之提取部件之具體設計細節。 一些所揭示之設計細節係關於RSC之具體特徵或特性。 例如，於一些情況中，重要的是RSc之活性區域與非活性 區域間之區分，以確定彼等區域對提取部件之關係。於一 些情況中，重要的是識別下文稱為最近勢阱距離之Rsc特 性，以確定彼參數與提取部件間之關係。於一些情況中， 重要的疋識別RSC之更多其他特性，以確定以RSC使用之有 助的提取部件。 因此’本中請案尤其揭示包括半導體層堆疊之裝置。該 堆疊包括活性區域及第一非活性區域。活性區域包括至少 m且係經調整以將第-波長λβ光轉化為第二 148017.doc 201104917 波長λ:之光。該第一非活性區域係自該堆疊之外表面延伸 至活性區域，且特徵在於在其中傳播之第一波長^之光實 質上不會轉化為其他光。自堆疊外表面至活性區域之距離 係相當於該第一非活性區域之厚度。該堆疊亦包括自外表 面延伸入該第一非活性區域之形成於其中之複數個凹陷， 該等凹陷係以平均凹陷深度為特徵，且其中該平均凹陷深 度係最近勢阱距離之至少50%。 亦揭示一種包括半導體層堆疊之裝置。該堆疊包括活性 區域及第一非活性區域。該活性區域包括至少第一勢阱， 且係經調整以將第一波長λι之光轉化為第二波長、之光。該 第一非活性區域係自堆疊外表面延伸至活性區域，且特徵 在於在其中傳播之第一波長λι之光實質上不會轉化為其他 光。該第一勢阱係對堆疊外表面之最近勢阱且係以自堆疊 外表面至該第一勢阱之最近勢阱距離為特徵。該堆疊亦$ 括自外表面延伸入該第一非活性區域之形成於其中之複數 個凹陷，該等凹陷係藉由平均凹陷深度特徵化且其中該 平均凹陷深度係該最近勢阱距離之至少5〇%。 亦揭示包括經配置以吸收第一波長之光及發射第二波長 之光之半導體層堆疊之多層半導體構造。該堆疊包括勢 阱、第一半導體層及第二半導體層。該第一半導體層吸收 第一波長之光且具有…之折射率。該第二半導體層具有^ 之折射率包括肖於自該堆疊提取第三波長之光之複數個 提取結構。折射率n2係等於或大於ηι。 亦討論相關的方法、系統及物件。 1480l7.doc 201104917 本申凊案之此等及其❿態樣由以下詳細描述將變得明 瞭❿於任何情況了’以上概述均不應理解為係所主 張之主要内容之限制，其主要内容僅藉由附屬專利申請範 圍界定，且可於實施期間修改。 【實施方式】 於圖式中，相同參考數字表示相同元件。 現轉至圖3 ’於此處觀察到包括或組成Rsc之通用半導體 層堆疊310之示意截面圖，且其中與提取部件設計有關之各 設計參數係_別。隸意，就簡化料及概述而言，堆 疊310之各層（如圖2之裝置所示）係不包括於圖3之示意圖 中。堆疊310可經設計以利用諸如圖it LED 1〇2之泵浦光 源，或諸如雷射二極體之另一電致發光裝置，或任何其他 適宜光源。若使用LED，則可如例如圖1所描述般接合至該 LED，或其可與該LED分離並由此耦合至一透鏡、光導或其 他適宜構件以接收泵浦光。 通常就巨觀的觀點而言，該堆疊在名義上係平坦且平面 的，故笛卡爾^^2座標系統係包括於圖中，使得2軸係垂直 於堆疊平面。z軸可表示堆疊之生長方向，即，於堆疊製造 期間發生構造層之生長所沿之方向。於彼情況中，堆疊之 第外表面312可稱為「起始表面」，及堆疊之相對的第二 外表面3 14可稱為堆疊之「終結表面」。或者，堆疊之生長 方向可為負z-方向。於彼情況中，第一外表面312稱為「終 結表面」及第二外表面314稱為堆疊之「起始表面」。「起 始表面」及「終結表面」及諸如「起始層」及「終結層」 148017.doc 201104917 之相關術語說明堆疊之時序生長次序。應注意於針對一此 設計目的而於隨後時間#刻移除第—生成之半導體廣之情 況中，將第二生成之半導體層視為起始層，及將該第二生 成之層之外表面視為堆疊之起始表面。類似地，若㈣後 時間蝕刻移除最後生成之半導體層，則將倒數第二生成之 半導體層視為該堆疊之終結層，及 ^ 及將此層之外表面視為該 堆疊之終結表面。 堆疊3 1 0之橫向邊界係以波浪線顯示以說明該堆疊可沿 χ-y平面橫向延伸。 可將堆疊31〇視為係由至少兩區域組成：活性區域及 第一非活性區域318。於圖3之實施例中，堆疊31〇亦包括第 二非活性區域320。活性區域包括至少一第一勢阱以]，且 係經調整以對應勢阱之躍遷能將第一波長λι之光轉化為第 二波長λ2之光。活性層亦可包括緊鄰於該勢阱之具有比勢 阱之躍遷能大之帶隙能之一或多個吸收層。第一非活性區 域318係自堆疊之外表面314延伸至活性區域316，且特徵在 於在其中傳播之第一波長λι之光實質上不會轉化為其他 光。第二非活性區域32〇與第一非活性區域相似，除其係自 外表面312延伸至活性區域316。第一波長λι下之5道示例性 果浦光射線係舉例說明於外表面312處進入堆疊，因外表面 3 12面向泵浦光源，故其可轉為堆疊之「照明表面」。第一 射線324a係於第二非活性區域32〇中被吸收，但不會導致任 何實質上的光再發射。第二及第三射線324b、324c係於活 性區域316中被吸收，且各產生第二波長μ下（或其他再發射 148017.doc •10· 201104917 波長下）之再發射光。第四射線324d係於第—非活性區域 318中被吸收且不會導致任何實質上的光再發射。第五射線 不會被堆疊31〇之任何部份吸收，且會於外表面Η*處 經由提取部件離開該堆疊。 應注意活性與非活性區域之邊界可與堆疊31〇之不同層 之間之實體邊界或界面一致或不一致。例如，若吸收泵浦 光之均勻半導體層係毗鄰勢阱佈置且具有實質上比用於半 導體材料之電荷載子之擴散長度大之厚度，則彼層之一部 份係靠近該勢阱，例如，可將於勢阱邊界之一或兩少數載 子擴政長度中之部伤視為活性區域之部份，且可將該層中 較遠離該勢阱之餘下部份視為非活性區域之部份。於層之 靠近部份吸收之泵浦光會產生電子_電洞對，且其等可移向 勢阱以產生放射性再發射。於該層之遠離部份吸收之泵浦 光亦可產生電子-電洞對，但其等比勢阱中之載子更可能非 放射性地再組合，故不會產生明顯的再發射。 因此，例如，若Rsc含有包括藉由半導體吸收層分離之 複數個勢阱之主層組，且「起始」勢阱位於主層組之一側 及終結」勢阱位於主層組之相對側，該RSC亦包括佈置 於主層、’且之此兩側之厚半導體吸收層，則活性區域可對應 於例如（1)主層組與厚吸收層中於主層組邊界之—少數載子 擴政長度内之份之組合，或例如（2)主層組與厚吸收層中 於主層、·且邊界之兩少數载子擴散長度内之部份之組合。 半導體層堆疊之不同層或區域之折射率亦具重要意義。 於-些情況中’期望非活性區域於例如泵浦波長或再發射 148017.doc 201104917 波長下測量時具有等於或大於活性區域之折射率η 1之折射 率’以使於該活性區域產生之光不會因全内反射（tir)而 無法進入非活性區域。此外，堆疊可經設計以使就佈置於 活〖生區域中之折射率η〗之第一層與非活性區域中之折射率 〜之第二層之間之堆疊中之任一層而言，該層之折射率係 不大於η2以避免TIR。 此外’於一些實施例中’層堆疊可包括佈置於活性區域 中之折射率ηι之第一層與非活性區域中之折射率η2之第二 層之間之載子阻障層。載子阻障層係更全面地討論於2008 年ό月26日申請之待審中的美國申請案第61/〇75,918號，「半 導體光轉化構造（Semiconductor Light Converting Construction)」 (代理檔案號64395US002)中，該案係以引用的方式併入本 文。載子阻障層較佳地具有至少比第二層之帶隙能高之帶 隙此’以防止電荷載子移入非活性層及非放射性地組合。 然而，材料常會隨帶隙升高而具有下降之折射率，及因此， 若載子阻障層之折射率小於ηι，則較佳地使其係光學上地 薄，例如’比全内反射消逝場穿透深度薄，以避免再發射 之光於第一層中之TIR。 轉至圖3 ’堆疊310包括於外表面314中提供之呈凹陷326 形式之複數個提取部件。凹陷326可以規律重複方式或非重 複或隨機排列地佈置。該等凹陷可進一步以凹陷深度328、 孔徑330、及間隔或間距332為特徵。就該等凹陷於此等參 數中之任一者會隨不同凹陷而實質變化之情況而言，可使 用適當的參數平均值。於規則排列之情況中，此等參數可 148017.doc •12· 201104917 全部相同或對於各凹陷實f上相同。凹陷設計之均句性之 優點係可更均一地達到最佳性能。例如，若凹陷係利用渴 式蝕刻技術形成’則孔徑變化會產生對應的凹陷深度變 化。此等深度變化可對最大可達到之平均凹陷深度產生實 質限制’尤其若期望凹陷具有不大於給定值(如非活性區域 之厚度）之深度。理所當然，儘管設計者期望製造不論深 度、孔控、形狀或諸如此類之名義上相同之凹陷，秋而， 當測量全體凹陷或其等一些重要子集時，與正常製程相關 :非均勻性或缺陷(不論是蝕刻溶液、或待蝕刻材料、或環 境條件中）將無可避免地引入一些有限的參數變化。 儘管圖3顯示於非活性區域318而非非活性區域32〇中形 成之提取部件U於其他實施财，提取部件可於區域 32〇而非區域318中形成，或提取部件可於兩非活性區域 318、320(即，半導體堆疊31〇之兩侧）申形成。 提取。卩件之另一重要設計態樣係部件之形狀、輪廓或外 形。例如凹陷326係圖解為大體上彎曲或1形之末端。例 如，此等凹陷中之每一者之大部份表面係由相對ty平面成 斜角傾斜之表面組成。當考慮凹陷之投影面積（或俯視圖）， 例如，沿負z_方向自上觀察堆疊（參見圖3)時，其尤為如此。 其他提取設計利用其他形狀。例如，一些設計可具有相對 x-y平面成斜角，或例如以10至80度之間之角度傾斜之占較 大或較小比例的表面積。僅具有垂直側壁及平坦、水平末 端之設計實質上可不具有相對x_y平面傾斜之表面積。 吾人已研究之再另一設計參數係提取部件之圖案。一此 148017.doc •13- 201104917 圖案可為隨機的，而其他可為高度規則及均一的。若提取 部件間之間距充分小，則可使用高度規則的圖案以產生稱 為光子晶體之奈米結構。可使用光子晶體以修改發射狀態 之被度’及控制由裝置發射之光之角分佈。—般就光子晶 體而言，孔型之間距Λ係約等於材料中之發射波長，λ2/η。 就可見發射器而s ’具有間距<2〇〇 nm，及直徑係於1〇〇 數量級t孔型係用於產生有效結果。在匕等部彳之製造一般 需要電子束微影技術、奈米壓印微影術或其他極先進的圖 案化技術。相反地，吾人已發現實質上比材料中之發射波 長λ2/η大或比空氣中之發射波長λζ大之間距可有效提高自 RSC之提取效率。於―些情況中，該間距可為空氣中之發 射波長λ2之至少j、2、3、4或5倍。可利用習知接觸式或近 接式微影工具使尺寸相對大的部件圖案化。 凹陷之圖案亦可以封裝密度為特徵。封裝密度可由當自 上觀察外表面，即，俯視時，複數個凹陷所佔據之百分比 面積所定義。 吾人的研究亦已顯示半導體堆疊之特定設計參數可與經 最佳化設計之提取部件有關。此等參數包括形成凹陷之非 /舌性區域之厚度334、及最近勢阱距離336 ^最近勢阱距離 336係自堆疊之外表面314至最近勢阱至外表面之距離，於 圖3之情況中將最近勢阱視為勢阱322。（應注意最近勢阱距 離係與堆疊之特定外表面有關，且因此例如若提取部件係 於堆疊之兩側形成，則關於堆疊之一表面或一側之最近勢 阱距離一般將不同於堆疊另一表面或另一側之最近勢阱距 148017.doc •14· 201104917 離。）堆疊310之另一特徵距離亦顯示於圖3中：於堆疊外表 面312、314間所測得之堆疊厚度338。一般而言，因成本較 低及具提取部件之波導模式的較強相互作用而期望較薄的 結構，然而此等作用會因機械操作困難及可能的壽命作用 而被抵消。於一些實施例中，凹陷深度328可於堆疊厚度 之50%之數量級内，以擾亂盡可能多的片狀波導模式以使 其不穿透活性區域或活性區域之勢陕。 作為吾人研究之-部份，吾人實施電磁模擬以幫助識別 用於RSC之最佳光提取設計部件。將有限差分時域（fdtd) 模擬用於光學模型。FDTD模擬方法將所有包括極化及相干 效應之相關光學特性考慮在内’藉此提供用於獄光學性 能之可靠設計工具。 於圖3之實施例中顯示之基本R s c裝置結構係用作模擬 原型。特定言t ’該模型假設Rsc或層堆疊具有可 T(參見圖3之厚度334)及折㈣2祕之頂部非活性區域^ 度6〇0⑽及折射率2·646之中央活性區域' 及厚度500⑽及 折射率2.45之底部非活性區域。理所當然，正文中之「頂 部」及「底部」係僅針對識別之目的而言且非暗示與重力 相關之任何特定方向。於模型中❹之折射率及其他材料 特性係基於CdMgZnSe材料之典型折射率，其適宜用於 RSC。頂部非活性區域係經模擬輕露於空氣（折射率1〇) 及底部非活性區域係經模擬為曝露於折射率Μ之介質，該 介質典型上具有可用於將獄接合至咖之接合材料。假設 兩非活)·生區域’以及空氣及接合材料介質不吸收光。 148017.doc 15 201104917 間距八（參見圖3之尺寸332)、孔徑ApS(參見圖3中之尺寸 330)、凹陷深度£)1)(參見圖3中之尺寸328)、非活性區域厚 度T(參見圖3中之尺寸334)、以及凹陷輪廓及凹陷圖案係首 先經選擇作為研究之參數。該模型假設泵浦光係自折射率 1.5之接合材料中之擴展源注入並計算堆疊以上之空氣中 之位置處所收集到之再發射光之量。因此，該模型係以 關於裝置k取效率之RSC或層堆疊之性能為特徵。除非另 外說明，否則連同本文中之模擬或建模結果（參見例如下表 2至5)表示之提取效率係將自堆疊外側（參見例如圖3之表面 3 1 4)發射之（例如，波長\2之）再發射光之電磁通量除以活性 區域之勢阱中產生之（例如，波長λ2之）再發射光之電磁通量 之比計算。 於一系列模型中，吾人研究改變間距Λ、孔徑ApS、及非 活性區域厚度τ之影響。此等模型假設提取部件具有圖4俯 視圖中所示之凹陷圖案41〇之相同凹陷。於俯視圖中之各凹 陷係由參考數字4 12表示。此圖案具有約5〇%之封裝比。藉 由切割線414切割之凹陷橫截面輪廓係顯示於圖6所模擬之 RSC 610中。此RSC具有第一非活性區域612、活性區域 614、及第二非活性區域616。RSC之外表面係表面η。及 表面616a。於此系列模型中，表面612a具有對應圖4之凹陷 412之形成於其中之凹陷62〇β如圖所示，凹陷62〇一般具有 含彎曲側壁之U-形末端。此等彎曲部件可藉由已知的濕式 蝕刻技術獲得。表面616a曝露於接合材料618。針對各層假 設之厚度及折射率係如上所述。 148017.doc -16, 201104917 關於此系列模型之結果係提供於表2中。 邊表中，除接 取效率外，亦顯示「改良因數」。此改良因數係關於所模 擬之特定裝置之提取效率對關於*含提取部件之相同、 (即於非活性區域612之外表面中不形成凹陷）之提取料之 比。因此，例如，改良因數2意指含提取部件之實施例相較 於不含提取部件之實施例具有兩倍之提取 100%) 〇 /、穴 表2
-___- |__^ 應注意關於此等實施例各者之孔徑A p s會隨間距八值縮 放。就八=2.8 _而言，ApS=2 μιη，及就八=〇 7陶而言'，
ApS=0.5 μηι。此數據表明可藉由增純刻深度或凹陷二度 DD相對非活性區域厚度丁之比來增強提取效率。例如，； 期望至少5G、7G、8G或9G%之比。凹陷深度亦可實質上為 非活性區域厚度之100%β若凹陷深度進一步增加，則凹陷 將開始移除或替代鄰接活性區域614之材料。就使提取效率 最大化之觀點而言，不期望移除大量來自活性區域之材 148017.doc •17· 201104917 料’例如’移除部份勢_。因此，於 柴W况中，凹 陷冰度或平均凹陷深度較佳係不大 0/ 义非活性區域厚度之 於δ午多貫際貫施例中，最近勢啡（ 、4划於活性區域ό 14 中最接近非活性區域612之勢陕)位於相對接近非活性區 域。因此，基於以上結果，亦可期望維持至少m 或90%，絲佳不超過⑽％之凹陷深度dd對最近勢解距 離（於圖6中，自表面612a至區域614中 Y之被近勢阱之距離） 之比。 作為以凹陷深度對非活性區域厚度之比、或以凹陷深度 對最近勢_距離之比而表示提取部件之特徵之替代或補 充，提取部件可改由（或另由）以自凹陷底部或末端㈣㈣ 區域邊界’或至最近糾邊界之距離（或平均距離，不論係 全體，陷或其—些重要子集之平均值）為特徵。經此特徵化 之此等距離之任-者或全部較佳係小於75()nm，或小於谓 nm ’或小於250 nm ’或小於1〇〇 nm。 於一些情況中，於RSC中之光傳播可近似為片狀波導中 之光傳播。根據活性區域與非活性區㉟，或其等—部份之 相對折射率，波導可局限於RSC之整個厚度，或僅彼厚度 之某。卩伤。凹陷深度可係經選擇以擾亂盡可能多的平面波 導（例如由堆疊之向折射率部份表示）而不致負面影響活性 區域中之光再產生。因此，例如，本文所述之凹陷或其他 提取部件可於具有比堆疊或RSC總厚度之50%大之非活性 區域厚度之非活性區域中形成。然而，於一些實施例中， 1480J7.doc 201104917 堆疊之總厚度可包括相對低折射率之非活性區域，1不會 有效地形成說内之波導之部份。於此情況中，提取 可於有效形成部份波導之較高折射率之第二非活性區域中 提供，且該第：非活性區域具有❹性區域之厚度大之厚 度0 於另-系賴型巾，吾人研究提取料之橫截面形狀或 輪廓之作用。此模型再次假設相同的凹陷圖案4ι〇，作藉由 切割線4U切割之凹陷㈣面輪靡現變為『所模擬之咖 7Π)。此RSC與圖6之獄61〇相同，故針對許多結構元件使 用相同的參考數字’除了非活性區域612係以非活性區域 川替換夕卜此區域712具有外表面仙，於該外表面心 中形成相同的凹陷720,凹陷720現對應圖4之凹陷4i2。如 圖所示’與彎曲表面凹陷620不同的是，凹陷72〇具有基本 上呈矩形之末端’以及實質上不彎曲之側壁及非傾斜二置 之表面。圖7之矩形輪廟可藉由特^乾式姓刻方法獲得。針 對各層假設之厚度及折射率同樣係如上所述。 關於此系列模型之結果提供於表3中。 表3 Λ(μιη) DDbm) Τ(μιη) DD/T(%)凹陷輪廓
亦應注意孔徑ApS係先前般隨間距值Λ縮放。此數據表明彎 曲表面及/或傾斜表面可有助於增強提取效率。較佳地提 取部件之大部份表面係彎曲或傾斜的。例如，就俯視圖中 148017.doc •19- 201104917 之給定凹陷之給定投影面積而言，較佳至少2〇%，或至少 4〇%、60%或80%面積對應於彎曲或以相對層堆疊平面之傾 斜角傾斜之表面。此外，例如，&面積百分比較佳可對應 於以介於1 0至80度之間之傾斜角傾斜之表面。 於許多常見蝕刻方法中，製造具有圓俯視形狀或孔之凹 陷比具有諸如方形或矩形之切割形來得容易。因此，吾人 亦研究不同俯視提取部件形狀之作用。於另一系列模型 中，吾人將含有具方形或菱形孔之凹陷之凹陷圖案41〇與圖 5中所示之凹陷圖案510比較。於圖案51〇中，各凹陷512具 有圓形孔。應注意就所選擇之圓直徑而言（ApS係經選擇以 於名義上等於Λ)，孔形之此變化亦會改變封裝比。圖案51〇 具有如上所定義之約79°/。之封裝比。 就此系列模型而言，吾人將本文稱作第一實施例之將圖4 之方孔圖案與圖6之U-形凹陷輪廓組合之上述實施例與本 文稱作第二實施例之將圖5之圓孔圖案與實質上類似於圖6 之U-形凹陷輪廓組合之相似實施例作比較。因此，於第二 實施例中使用之凹陷展現類似於圖6中所示之u —形輪麻之 沿切割線5 14之橫截面輪廓（圖5)，其針對AaS/A比之改變而 調整橫向比例因數。 關於此系列模型之結果提供於表4中。 表4 Λ (μηι) DD (μηι) 丁㈣ DD/T (%) 凹陷圖案 提取效率 (%) -----^ 改良因數 2.8 1.4 1.4 100 圖4 48.9 *----- Λ Π 2.8 1.4 1.4 100 圖5 45.2 __Z8 148017.doc -20· 201104917 吾人觀察到具有其圓孔之第二實施例提供比具有其方孔之 第一實施例稿低之提取效率。 於再一系列模型中，吾人進一步研究提取部件之不同橫 癉面形狀或輪廓。此模型再次假設圖4之凹陷圖案4丨〇具有 其方形孔。吾人比較以下三實施例：第一實施例，其中沿 切割線41 4之橫截面描述於圖7中（矩形輪廓）；第二實施例， 其中沿切割線414之橫截面描述於圖8中（v_形輪廓）；及第 一實施例，其中沿切割線414之橫截面描述於圖9中（經由過 度蝕刻之U-形輪廓）。圖8之尺8(： 81〇係與圖6之尺8(： 61〇相 同，故針對許多結構元件使用相同的參考數字，除了非活 性區域612係以非活性區域812替換外。此區域812具有相同 凹陷820形成於其中之外表面812a。如圖所示，與彎曲表面 之凹陷620不同的是，凹陷82〇具有基本上呈v_形之末端， 以及實質上不彎曲的側壁’但具有實質上完全傾斜佈置之 側表面。圖8之V-形輪廓可利用選擇性蝕刻劑（即，針對不 同結晶方向具有不㈣刻率之㈣劑），或使用灰階微影技 術獲得。 *吾人考慮使用種類繁多之微影蝕刻技術中之任一者或其 等二。α形成本文所揭示之提取部件。少數實例係接觸 弋微如術相干微影術、投影微影術、壓印微影術及基於 用作光罩或光㈣之自組裝顆粒之圖案化。 圖9之rSC91g亦係與圖6之咖61()相同針對許多結構 元件使用相同的參考數值，除了非活性區域612此次係以非 活性S域912替換外。此區域912具有相同凹陷92g形成於其 148017.doc •21 - 201104917 中之外表面912a。該等凹陷920具有類似於凹陷62〇之弯 曲、基本上呈U-形之末端。然而，凹陷920已例如藉由蝕刻 溶液製得’至少自圖9中所示之橫截面視圖來看該触刻溶 液已完全移除相鄰凹陷之間之區域912之上部。 關於此系列模型之結果提供於表5中。 表5 Λ(μηι) DD (μιη) Τ(μιη) DD/T (%) 凹陷輪廓 提取效率 (%\ 改良因數 2.8 1.4 1.4 100 圖7 ] \/{i) 31.0 1.9 2.8 1.4 1.4 100 圖8 42 6 2.8 1.4 1.4 100 圖9 45.2 2.6 2.8 -1----^5 丨 幻.2 | 2.8 圖9之結構表面之一有趣的態樣係自圖9之橫截面透視圖 來看，於區域912中相鄰凹陷之間之刀緣形結構下降之高度 912b。應注意於其它橫截面視圖中，此種凹陷間之高度 下降可或可不存在。根據所形成之三維結構之屬性，宜將 位於下降高度912b處之刀緣形突起視為非活性區域912之 外表面。例如，參照圖％之俯視圖中所示之提取表面94〇。 表面940係藉由透過於平坦外表面上提供之具有圓孔95〇圖 案之遮罩㈣形成。韻刻會經由孔進人表面，直至形成具 有俯視圖中之近圓孔形之凹陷952。其上表面於蝕刻前與原 平坦外表面一致之材料柱954係如圖所示般留在原位。當沿 切割線958觀察結構表面之截面時，將觀察到相鄰凹陷之間 之刀緣形結構956。然而，當沿切割線96〇觀察結構表面之 截面時，則觀察不到刀緣形結構，而觀察到具有與原平坦 外表面一致之平坦頂部之柱954。 148017.doc •22· 201104917 所製造之實例 吾人已製造具有由具有傾斜側壁之凹陷形成之提取結構 之RSC裝置。該RSC裝置係利用分子束磊晶法（MBE)生長技 術’使用生長於Ill-V(InP)晶圓基板上之cdMgZnSe及相似 的II-VI半導體材料製得。該Rsc包括佈置於活性區域中之 至少一勢阱及非活性區域。該非活性區域實質上對應相對 厚（1微米數量級）的II-VI窗層，該窗層之外表面形成RSc之 外表面。 除非另外說明，否則連同本文所製造之實例表示之「提 取效率」係以自堆疊輸出側（參見例如圖3之表面3丨4)發射之 (例如，波長λ2)再發射光之電磁通量對藉由該堆疊吸收之 (例如，波長泵浦光之電磁通量之比計算。 首先利用標準光微影術於RSC之此外表面界定棋盤圖 案。於光微影術方法後，應用濕式化學蝕刻將光阻圖案轉 移入RSC中，並建造具有漸深輪廓（υ_形末端）之蝕刻凹陷。 蝕刻劑化學及方法之選擇甚為重要。完美的等向性蝕刻會 產生具有圓形側壁之凹陷。完美的異向性蝕刻會產生具有 直侧壁之凹陷；若異向性蝕刻僅作用於與晶圓（堆疊）平面平 订之曝露表面，則該等側壁係垂直的。濕式化學蝕刻劑可 產生同向性或異向性蝕刻；亦可探究異向性蝕刻或同向性 與異向性蝕刻兩者之組合之潛在益處。 曲於此實例中，使用同向性濕式化學㈣。吾人已發現經 濃縮之HBr或HBr溶液係用於蝕刻CdMgZnSe之良好候選 物。為解決因材料組成而不同的蝕刻速率之問題，將少量 148017.doc -23- 201104917
Bra添加至蝕刻溶液以用於更快之蝕刻及更佳的蝕刻控 制。藉由此方法製造之蚀刻凹陷10 12之提取表面1 〇 1 〇之數 字表示係描述於圖10之透視圖中。凹陷1012係藉由在室溫 下’無需攪拌地將CdMgZnSe RSC裝置浸αη2〇:ΗΒϊ··.Βι·2= 120:20:1溶液150秒以蝕刻於外表面1014中。蝕刻後，汽提 樣品之光阻劑，隨後以原子力顯微術（AFM)表示表面之特 徵。該表面係藉由AFT沿圖10所示之兩路徑1 〇 16、1 〇 1 8掃 描來表示特徵。圖11中之跡線111 〇係將所測得之相對垂直 位置或高度顯示為單位為奈米之沿著對應路徑i 〇丨6之橫軸 之掃描位置之函數。圖12中之跡線1210類似圖丨丨之跡線， 但係關於掃描路徑1018。如圖1〇至12明顯表示，所蝕刻之 凹陷具有類似於所模擬提取結構之側壁輪廓。 相比不含提取部件之RSC樣品，圖1〇至12中由具有彎曲 側壁之提取圖案製得之RSC樣品展現三倍之波長轉化效率 改良，且已觀察到多達50%之提取效率。於另一實施例中， 凹陷可經蝕刻以具有方形俯視孔而非圖1〇之圓孔。為於蝕 玄J岭液之側蝕作用存在下實現此目的，於光阻遮罩中使用 之圖案可經「預扭曲」以產生更理想的蝕刻結構。例如， 可利用於轉角處具有飾紋之方形圖案。 製逅其他RSC裝置以併入提取部件。此等RSC裝置會於無 :SC生長基板存纟下將RSC之"體層丨疊與載子窗組 合’其結構稱為「RSC載子裝置」且更完整地描述於共同 申請之美國中請案 61/175636 ’「Re_Emitting semieGnductor
Carrier Devices For Use With LEDs and Methods of 148017.doc •24- 201104917
Manufacture」（代理檔案號65435US002)中。呈小板形式之 此RSC載子裝置係由藉由分子束磊晶法於呈晶圓形式之 III-V半導體基板上生成之II-VI磊晶層製得。名義上的磊晶 層（包括InP基板及GalnAs緩衝層）係列於以下表6中。該RSC 之層排列係經設計以用於上述之反定向配置，其中將RSC 之起始表面設計為RSC之照明表面，泵浦光經由該照明表 面進入RSC。例如，此可藉由將氰基阻斷劑層（生長序列# 1 5 ) 置於RSC之活性區域（生長序列#5-13之層）與RSC之終結表 面（氰基阻斷劑層之外表面）之間而觀察到。 表6 生長序列 組成 厚度(nm) 帶隙/躍遷波長 註釋 15 CdMgZnSe:Cl 2000 500 氰基阻斷劑 14 CdMgZnSe:Cl 79.5 480 -> 500 漸變層 13 CdMgZnSe:Cl 58.9 480 吸收層 12 CdZnSe 2.4 573 量子阱 11 CdMgZnSe:Cl 117.8 480 吸收層 10 CdZnSe 2.4 573 量子阱 9 CdMgZnSe:Cl 117.8 480 吸收層 8 CdZnSe 2.4 573 量子阱 7 CdMgZnSe:Cl 117.8 480 吸收層 6 CdZnSe 2.4 573 量子阱 5 CdMgZnSe:Cl 58.9 480 吸收層 4 CdMgZnSe:Cl 250 415->480 漸變層 3 CdMgZnSe 1000 415 窗層 2 CdZnSe 3.2 551 II-VI緩衝層 1 GalnAs 200 III-V緩衝層 InP (極大） III-V基極層 II-VI層堆疊（生長序列2-15)會形成具有4個勢阱之RSC。 於III-V基板上生長此等層後，將呈規則排列或圖案之凹陷 148017.doc -25- 201104917 或凹坑形式之光提取部件姓刻入RSC所曝露之主表面， 即，氰基阻斷劑層之終結表面。凹坑圖案係用習知接觸式 光微影術及濕式蝕刻獲得。將Futurrex pR1_1〇〇〇A光阻劑圖 案化以製造約2 μιη直徑之孔或開口，並以具有4 μιη之中心 距離之六角形圖案佈置。RSC之曝露表面係於1〇〇 ml H2〇:20 ml HBr: 1 ml Brz(以體積計）之溶液中蝕刻約⑽秒。 由於側蝕，其會造成具有約2 μιη半徑之近半球形的蝕刻凹 坑或凹陷。此提取結構之光學顯微圖之灰階表示係顯示於 圖13中。於該圖中，清楚觀察到凹陷131〇具有圓形俯視孔 形，且該等結構之橫向尺寸可藉由所提供之5.0微米比例 尺測定。於圖中之黑環1312係所使用之照明安排之產物。 於移除光阻劑後，利用Norland 83Η熱固化黏合劑 (Norland Products，Cranbury，New Jersey)將該構造之有紋 理側（即’RSC之終結表面）接合至用作載子窗之顯微鏡蓋玻 片上，並於12〇t加熱板上固化。該蓋玻片對所有可見光係 實質上透明的，且具有約167微米之厚度及25_25麵之 橫向尺寸。相比之下，生長基板晶圓及RSC具有20 mmx20 mm之橫向尺寸。為防止管曲，該蓋玻片係藉由將蓋玻片之 另側貼附至RSC/基板晶圓上之前，利用蠕將其一側貼附 至顯微鏡載破片上來強化]np基底層係藉由簡單的機械研 磨接著於3 . 1 HC1 . H20溶液中姓刻移除。钮刻劑會停止 / As緩衝層（生長序列#丨）。此緩衝層係隨後於％ 〇丨氫 氧化叙（3G重量％)、5 mi過氧化氫（3()重量％)、⑽g己二酸、 及200 mi水之攪拌溶液中移除，僅留下貼附至顯微鏡蓋玻 J480J7.doc • 26 - 201104917 片及強化顯微鏡載玻片之II-VI RSC(生長序列#2-15之 層）。具有比窗層低之帶隙，且因此吸收泵浦波長之光之所 曝露之薄CdZnSe層（層2)亦係藉由在氬氣中之短暫電漿蝕 刻，利用電感耦合電漿反應性離子蝕刻（ICP-RIE)系統
(Oxford Instruments)移除。蝕刻條件包括〜85秒@10〇 w RF 功率。或者’此層可藉由適宜用於蝕刻π_νι化合物之濕式 蝕刻劑技術移除，包括HBr : H20 : Br2或Br2 :甲醇。 隨後將顯微鏡載玻片自構造移除，以使所留下之所有物 質均為II-VI層堆疊，其構成RSC，貼附至蓋玻片，形成可 於實驗室中操作之RSC載子裝置而無需破壞及無需損害 RSC。隨後使用機械切割以將rSC載子裝置切割成小板形 式。使用具有20 μπι鑽石刀之DiSC0切割鋸將樣品切成1 mmx 1 mm方塊。此等小板之效用係藉由將其等接合至
Lumileds Rebel 覆晶 LED 測試。將購自 Dow Corning，
Midland，Michigan之一小滴Sylgardl84熱固化聚矽氧分散於 給定LED上，隨後於晶粒接合器中將RSC載子裝置小板接合 至S亥LED。令經接合之樣品於125 °c下固化1 〇分鐘。光學測 量表明大多數藍色LED泵浦光會轉化為綠色（再發射）光，且 經由接合黏合劑逸出之藍色泵浦光極為少數。 雖然以上實例係基於Π_νΐ半導體RSC層，然而亦涵蓋其 他類型之RSC層，包括完全由m_v半導體製成之彼等物。 除非另外說明，否則於說明書及專利申請範圍中使用之 表不數量之所有數值、屬性之測量值等係理解為藉由詞語 「約」修飾。因此，除非相反地表示，否則於說明書及專 148017.doc -27- 201104917 利申請㈣巾描述之數值參數係近似值，其可視熟習本技 藝者利用本中請案之教導企圖獲得之所㈣性而變化。 由於非意欲限制與專利申請範圍之範疇等效之教義之應 用，各數值參數至少應根據所表示之有效位數之數值及藉 由應用-般近似法來解釋。儘管本發明之廣義範圍所述二 數值範圍及參數係近似值’以涵蓋本文所描述之具體實例 中所描述之任何數值，，然而，其等係於合理範圍内盡可能 精確地表示。然而，任何數值亦會含有與職或測量限制 有關之誤差。 於不脫離本發明之精神及範圍下熟習本技藝者將瞭解本 發明之各種修改及替換，且應理解本發明並非限於本文所 述之㈣性實施L ’❺非另外說明’否則讀者應假 設所揭示實施例之特徵亦可應用於所有其他所揭示之實施 例。亦應理解本文提及之所有美國專利案、專财請公開 案及其他專利案及非專利文獻係以引用方式併入本文，以 涵蓋其等未否定先前揭示之内容。 【圖式簡單說明】 圖1係組合LED/RSC裝置之示意側視圖； 圖2係包括RSC之具體半導體層堆疊之示意側視圖·， 圖3係包括RSC之通用化半導體層堆疊之示意截面圖，於 其中與提取部件設計有關之各料參數經識別； 圖4及5係示例性提取部件圖案之俯視圖； 圖6至9係模型化之提取部件設計之示意截面圖； 圖9 a係含有提取部件之示例性結構表面之俯視圖； 148017.doc •28· 201104917 圖10係經實驗實施之提取結構之透視表示； 之所測得之 圖11及12係關於圖1 〇之結構沿圖10所示路經 深度曲線；及 圖13係於RSC中製造之提取結構之光學_他 0 【主要元件符號說明】 100 說明性裝置 102 LED 104 LED半導體層 106 LED基板 108 RSC 110 接合層 112 上表面 114 量子阱結構 116 光接合層 118 電極 120 電極 122 RSC上表面 124 RSC下表面 210 半導體層堆疊 230 CdZnSe量子阱 232 CdMgZnSe吸收層 234 吸收層 236 窗孔 148017.doc -29- 201104917 238 分級層 240 吸收層 242 分級層 244 II-VI緩衝層 246 III-V緩衝層 310 通用半導體層堆疊 312 堆疊第一外表面 314 堆疊第二外表面 316 活性區域 318 第一非活性區域 320 第二非活性區域 322 第一勢阱 324a 第一射線 324b 第二射線 324c 第三射線 324d 第四射線 324e 第五射線 326 凹陷 328 凹陷深度 330 凹陷孔徑 332 凹陷間距 334 非活性區域厚度 336 最近勢阱距離 338 堆疊厚度 148017.doc -30- 201104917 410 凹陷圖案 412 凹陷 414 切割線 510 凹陷圖案 512 凹陷 514 切割線 610 RSC 612 第一非活性區域 612a RSC外表面 614 第一活性區域 616 第二非活性區域 616a R S C外表面 618 接合材料 620 凹陷 710 RSC 712 非活性區域 712a 凹陷外表面 720 凹陷 810 RSC 812 非活性區域 812a 凹陷外表面 820 凹陷 910 RSC 912 非活性區域 148017.doc -31 · 201104917 912a 凹陷外表面 912b 刀緣形結構之下降高度 920 凹陷 940 提取表面 950 圓孔 952 凹陷 954 柱 956 刀緣形結構 958 切割線 960 切割線 1010 提取表面 1012 凹陷 1014 外表面 1016 掃描路徑 1018 掃描路徑 1110 跡線 1210 跡線 1310 凹陷 1312 黑環 148017.doc -32-

Claims (1)

  1. 201104917 七、申請專利範圍： 1. 一種裝置，其包含： 半導體層堆疊，該堆疊包括： 經調整以將第—波長λΐ之光轉化為第二波長λ2之光 之活性區域，該活性區域包括至少一第一勢阱；及 自°亥堆疊之外表面延伸至該活性區域之第一非活性 區域，自該外表面至該活性區域之距離相當於該第一 非居生區域之厚度，該第一非活性區域之特徵在於在 其中傳播之該第—治吳也杳陆Ut人 矛/皮長λ】之光實負上不會轉化為其他 ’、°亥堆疊亦包括自該外表面延伸入該第-非活性區 域内之於該堆疊内形成之複數個凹陷，該等凹陷俜以平 均凹陷深度為特徵，且其中卞巫仏 凹陷係以干 +均凹陷深度係該第-非 活！·生&域之厚度之至少5〇%。 2.如請求们之裝置，其中 度。 丨治丹有石義上相同之深 3. 如請求項1之裝置’其中該平均 區域之厚度之至少60%。 凹陷深度係該第一非活性 4. 如請求項3之裝置，其中該平均 區域之厚度之至少70%。 凹陷深度係該第一非活性 5. 6. 如請求項4之裝置，其中該平均 區域之厚度之至少80%。 如請求項5之裝置，其中該平均 區域之厚度之至少90%。 凹陷深度係該第一非活性 凹陷深度係該第一非活性 I48017.doc 201104917 7. 如請求項1b 裒置，其中該等凹陷實質上不會延伸進入該 活性區域。 8. 如請求項丨之胜$ 心褒置’其中各凹陷於俯視圖中具有2維形 狀，且I Φ分社 ’、等凹陷具有名義上相同之的2維形狀》 9. 如請求項1 装置’其中各凹陷於俯視圖中具有最大橫向 ，p 甘 ，、該等凹陷具有名義上相同之的橫向尺寸。 •面二項1之裝置，Μ該_疊係以基本上平行於參考平 ::横向方向延伸’且其令各凹陷包括 呈斜角傾斜之表面。 耷长項10之裝置，其中各凹陷於俯視圖中具有投影面 面：且其中該投影面積之至少2〇%對應呈斜角傾斜之表 ‘：仙之裝置’其’該投影面積之至少聽對應呈^ 又〇度之範圍之斜角傾斜之表面。 13::::=其中各凹陷於垂直該參考… 曲部份。有輪廟’且其中各凹陷之該輪廟包括弯 I4·如請求項13之裝置，其 U-形之末端。 15. 如請求項1 〇之裝置，其 #橫截平面中具有輪摩 本上呈V-形之末端。 16. 如請求項1〇之裝置，其 部橫截平面中具有輪廟 中各凹陷之該輪廓包括基本上呈 中各凹陷於垂直該參考平面之局 ’且其中各凹陷之該輪廓包括基 中各凹陷於垂直該參考平面之局 ，且其中各凹陷之該輪靡包括基 148017.doc 201104917 本上呈截頭v-形之末端。 ==1之裝置，其中該半導體層堆叠之該活性區域亦 之帶隙广第一勢解且具有比該第—勢拼之躍遷能大 之帶隙能之第一吸收層。 …:^項1之裝置，其中該堆疊係以基本上平行參考平面 。方向延伸，且其中於至少一些該等凹陷之間之外 之部份係平坦且平行該參考平面。 封2項1之裝置，其中該等複數個凹陷具有至少40%之 ^ ϋ該封裝密度係當該外表面顯示於俯視圖中時 4複數個凹陷所佔據之百分比面積。 d項19之裝置’其中該等複數個凹陷具有至少鄉 封裝密度。 月：項20之裝置’其中該等複數個凹陷具有至少6 封裝密度。 A如請求们之裝置，其中該活性區域包含具有第一折射率 =半導體材料’且該非活性區域包含具有第二折射 第-+導體材料，該第一及第二折射率係於第二波 2下測疋’且其中該第二折射率係該第 80〇/。。 π千；主夕 23·如清求項1之裝置，其中該等複數個凹陷係以相鄰凹陷間 2平均間距八為特徵’且其中八係比該第二波長心以該 非活性區域之折射率之值大。 士明求項1之裝置’其中該外表面係曝露於空氣。 A如請求項1之裝置’其中該外表面係以固體非半導體材料 148017.doc 201104917 覆蓋。 26.如請求項25之裝置，其中該固體非半導體材料包含接合 材料。 D 27·如請求項丨之裝置，其中該堆疊具有總堆疊厚度，且其中 該第—非活性區域之厚度係比該總堆疊厚度之5 〇 %大。 28.如請求項！之裝置，其中該活性區域具有活性區域厚度， 且其中該第一非活性區域之厚度係比該活性區域厚度 29. 如明求項〗之裝置，其係與經配置以發射該第一波長人丨之 光之電致發光裝置組合。 30. —種裝置，其包含： 半導體層之堆疊，該堆疊包括： ，調整以將第-波長λι之光轉化為第二波長^之光 之—活性區域’該活性區域包括至少第一勢阱；及 。自4堆疊之外表面延伸至該活性區域之第一非活性 該第一非活性區域之特徵在於於其中傳播之該 第—波長λ,之光實質上不會轉化為其他光； 其中該第-勢牌係離該堆疊之該外表面最近之勢胖且 係：該:卜表，至該第一勢牌之最近勢牌距離為特徵；及 t㈣^ φ包括自該外表面延伸入該第一非活性區 域内，於S亥堆#中形成之複數個凹陷，該等凹陷係以平 均凹陷深度為特徵，且其中 牌距離之至少5〇%。 陷深度係該最近勢 31.如請求項3〇之裝置，其中該等凹陷於名義上具有相同的 148017.doc 201104917 深度。 32. 如 請求項3 〇之裝 置 ，其 中 距 離之至少60% 〇 33. 如 請求項32之裝 置 ，其 中 距 離之至少70% 0 34. 如 請求項3 3之裝 置 ，其 中 距 離之至少80% 0 35. 如 請求項34之裝 置 ，其 中 距 離之至少90% Q 36. 如 請求項3 0之裝 置 ，其 中 活 性區域内。 37. 如 請求項3 〇之裝 置 ，其 中 面 之橫向方向延伸 ，且 其 呈 斜角傾斜之表 面 〇 38. 如 請求項3 7之裝 置 ，其 中 積 ’且其中該投影 面積 之 面。 該平均凹陷深度係該最近勢阱 該平均凹陷深度係該最近勢阱 該平均凹陷深度係該最近勢阱 該平均凹陷深度係該最近勢阱 該等凹陷實質上不會延伸入該 該堆疊係以基本上平行參考平 中各凹陷包括相對該參考平面 各凹陷於俯視圖中具有投影面 至少20〇/〇對應呈斜角傾斜之表 39·如睛求項38之裝詈，甘士斗1 ”中该投影面積之至少20〇/〇對應呈自 " 又之範圍間之斜角傾斜之表面。 4〇·如請求項30之裝置，苴 ”中5亥荨複數個凹陷具有至少40〇/。之 封裝密度，該封裝 ^ /〇之 Μ ^ X係虽该外表面顯示於俯視圖令時 。玄專硬數個凹陷所佔據之百分比面積。 時 41.如請求項30之裝置， ^ 其係與經配置以發射該第一波長λ, 之先之電致發/反長λι 148017.doc 201104917 42. —種多層半導體構造，其包含： 經配置以吸收第一波長之光並發射更長的第二波長之 光之半導體層之堆疊，該堆疊包括： 勢阱； 及收第一波長之光及具有折射率〜之第一半導體 層；及 具有折射率h且包含用於自該堆疊提取該第 之光之複數個提取結構； 其中n2係等於或大於ηι。 43. 如請求項42之物件，其中，就該堆疊中佈置於該第一與 該第二半導體層之間之任一層而言，該層具有不大於〜 之折射率。 44. 如請求項42之物件，其中該堆疊包括佈置於該第一與該 第二半導體層之間之一第三半導體層，且其中該第二半 導體層具有-第二帶隙能及該第三半導體層具有比該第 二帶隙能大之第三帶隙能。 45·如請求項42之物件， 其中該勢牌及該第一半導體層係該堆疊之活性區域之 -部份，其中該第一波長之光會轉化為第二波長之光， 該堆疊亦具有非活性區域，該非活性區域之特徵在於在 其中傳播之第-波長之光實質上不會轉化為光，該非活 性區域包括該第二半導體層且具有非活性區域厚度； 其中該等複數個提取結構包含以平均凹陷深度為特徵 之複數個凹陷’且其中該平均凹陷深度係該非活性區域 1480J7,doc 201104917 厚度之至少50%。 46.如請求項 面之橫向* 該堆疊係以基本上平行參考平 個凹陷，肖延伸’其中該等複數個提取結構包含複數 之表面。U各凹陷包括相對該參考平面呈斜角傾斜 47_如請求項46之物件， 牛其中各凹陷於俯視圖中具有投影面 面。4該投影面積之至少2G%對應呈斜角傾斜之表 48.二求項47之物件，其中該投影面積之至少2昨。對應呈自 -至8〇度之範圍間之斜角傾斜之表面。 49·如請^項46之物件，其中該等複數個凹陷具有至少娜之 哲裝在度1¾封|密度係當該外表面顯示於俯視圖時該 4複數個凹陷所佔據之百分比面積。 5〇·如請求項46之物件’其係與經配置以發射第一波長之光 之電致發光装置組合。 148017.doc
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