TW201322485A - 發光二極體元件、其導光結構的形成方法與形成設備 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體元件、其導光結構的形成方法與形成設備。發光二極體元件包括一基板、一二極體結構層及數個導光結構。二極體結構層形成於基板上。導光結構形成於基板與二極體結構層中至少一者，各導光結構具有一內側壁及數個螺旋溝槽，螺旋溝槽形成於內側壁上。

Description

發光二極體元件、其導光結構的形成方法與形成設備
本發明是有關於一種發光二極體元件、其導光結構的形成方法及其導光結構的形成設備，且特別是有關於一種具有導光結構之發光二極體元件、其導光結構的形成方法及其導光結構的形成設備。
近年來，全球性能源短缺、環保意識高漲，使得綠色節能議題逐漸被重視，其中發光二極體(LED)與太陽能電池(Solar cell)更是綠色節能產業中的主流，在全球的技術開發上已逐漸成熟。LED相較於傳統螢光燈管，其無汞污染等問題，並具有輕、薄、省電、使用壽命長等優勢，加上可調變不同材料成份比例，即可改變其發光色彩，產生紅、藍、黃、綠、甚至白光等多樣化顏色，應用方向更為多元，除替代螢光燈管作為日常生活照明使用，且可作螢幕顯示之背光源，藉以提升顯示器性能與體積輕薄化。目前在白光固態照明領域中扮演重要角色的藍光氮化銦鎵(InGaN)發光二極體，隨著需求日益漸增，如何有效率的提高發光效率便成為目前重要的議題。
當LED發展朝向高亮度、高功率的同時，首先要克服的是元件熱效應問題，其將造成LED元件外部量子效率(EQE)降低，主因是當注入電流增加，因光電轉換效率低而造成能量以熱型態展現，導致熱累積至元件內部、使元件可靠度與壽命降低，故如何提高LED發光效率，以解決LED散熱問題，為產業重點。一般來說，為了提升LED的發光效率，通常會在製作半導體層時，以燒蝕(ablation)於半導體層上形成表面粗化面。
然而，燒蝕材料需聚焦，使得能量提升至材料之損壞臨界(damage threshold)才可達加工效果，相當費時，使得雷射製程方式難以用於光電半導體或其它產業之生產線製程。
本發明係有關於一種發光二極體元件、其導光結構的形成方法與形成設備，可快速地形成導光結構。
根據本發明之一實施例，提出一種發光二極體元件。發光二極體元件包括一基板、一二極體結構層及複數個導光結構。二極體結構層形成於基板上。導光結構形成於基板與二極體結構層中至少一者，各導光結構具有一內側壁及數個螺旋溝槽，螺旋溝槽形成於內側壁上。
根據本發明之另一實施例，提出一種發光二極體之導光結構的形成方法。形成方法包括以下步驟。提供一基板；形成一二極體結構層於基板；設置基板於一形成設備上，其中形成設備包括一雷射光源、一聚焦透鏡結構及一波片，波片設於雷射光源與聚焦透鏡結構之間；以及，雷射光源發射一雷射光，其中雷射光經過波片及聚焦透鏡結構後，入射至基板與二極體結構層中至少一者，以形成數個導光結構，其中各導光結構具有一內側壁及數個螺旋溝槽，螺旋溝槽形成於內側壁上。
根據本發明之另一實施例，提出一種形成設備，適用於一發光二極體元件。形成設備包括一雷射光源、一聚焦透鏡結構及一波片。波片設於雷射光源與聚焦透鏡結構之間。其中，雷射光源發射之一雷射光經過波片及聚焦透鏡結構後，入射至發光二極體元件，以形成多個導光結構。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
發光二極體元件100包括基板110、二極體結構層120及數個導光結構130。
基板110的材質例如是矽、氮化鎵、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、碳化矽、氧化鋅、氧化鎂鋅或其摻雜物、銦錫氧化物及/或藍寶石(sapphire)等光電元件材料。
如第1圖所示，二極體結構層120形成於基板110上。二極體結構層120包括第一半導體層121、第二半導體層122及主動層123。
第一半導體層121形成於基板110上，第一半導體層121係P型半導體與N型半導體之一者。第二半導體層122係P型半導體與N型半導體之另一者。P型半導體與N型半導體的材料例如是氮化鎵。主動層123形成於第一半導體層121與第二半導體層122之間。主動層123的材料例如是多重量子井結構。
當二極體結構層120產生的光線L1入射至導光結構130，導光結構130可使光線L1擴散或漫射至發光二極體元件100的出光側。藉由導光結構130，可有效降低二極體結構層120發出之光線L1產生全反射的機率，進一步可有效提高發光二極體元件100之光取出效率。
如第1圖所示，發光二極體元件100更包括透明電極140，例如是透明銦錫氧化物(ITO)，形成於二極體結構層120上。詳細來說，透明電極140覆蓋第二半導體層122。透明電極140具有複數個凹部141，其順應導光結構130的輪廓形成。
自主動層123傳遞至第二半導體層122的光子可藉由導光結構130降低光子在第二半導體層122與透明電極140之全反射臨界角的損耗，並有效地利用導光結構130提昇發光二極體元件100的外部量子效率。
如第1圖所示，發光二極體元件100更包括第一電極150及第二電極160。第一電極150電性連接於第一半導體層121，其可作為第一半導體層121的輸/出入接點。第二電極160電性連接於第二半導體層122，其可作為第二半導體層122的輸/出入接點。第二電極160形成於透明電極140上，並透過透明電極140電性連接於第二半導體層122。此外，第一電極150及第二電極160的材質可以是金屬，其材質例如是選自於金、鉻、銀及其組合所構成的群組。
請參照第2及3圖，第2圖繪示第1圖之俯視圖，第3圖繪示第2圖中方向3-3’的剖視圖。
本實施例中，導光結構130形成於第二半導體層122上。導光結構130例如是凹部，其具有內側壁131及數個螺旋溝槽132，螺旋溝槽132形成於內側壁131上。雖然第2圖及第3圖中未繪示，然透明電極140可形成於導光結構130的內側壁131及螺旋溝槽132上。
如第2圖所示，該些螺旋溝槽132的螺旋長度不完全相同，有的螺旋溝槽132較短，有的螺旋溝槽132較長。然在適當地控制製程下，該些螺旋溝槽132的螺旋長度可接近或在誤差範圍內變化。
如第3圖所示，導光結構130的表面直徑D1係介於約0.25微米(μm)至500 μm之間，而導光結構130的深度H1係介於約10奈米(nm)至1000 nm之間。導光結構130的表面直徑D1及深度H1可由雷射光L2(第9圖)的照射時間及能量大小決定。
螺旋溝槽132可呈規則或不規則分佈，然無論螺旋溝槽132呈規則或不規則分佈，都可對入射至螺旋溝槽132的光線L1擴散或漫射至發光二極體元件100的出光側。
如第3圖所示，螺旋溝槽132的幾何尺寸可不完全相同。另一實施例中，藉由控制雷射製程，可獲得幾何尺寸大致相同的螺旋溝槽132。本發明實施例並不限定螺旋溝槽132的幾何尺寸。
如第3圖所示，螺旋溝槽132之週期介於約50奈米至1000奈米之間。詳細而言，相鄰二螺旋溝槽132的間距T1介於約50奈米至1000奈米之間。
雖然上述實施例之導光結構130係以形成於第二半導體層122上為例說明，然在其他實施例中，導光結構130係可形成於基板110、第一半導體層121、第二半導體層122、主動層123與透明電極層140中至少一者中，以下係部分舉例作說明。
請參照第4圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。發光二極體元件200包括基板110、二極體結構層120、數個導光結構130、透明電極140、第一電極150及第二電極160。本實施例中，導光結構130形成於基板110上，二極體結構層120覆蓋導光結構130，例如是填滿導光結構130之凹部。
請參照第5圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。發光二極體元件300包括基板110、二極體結構層120、數個導光結構130、透明電極140、第一電極150及第二電極160。本實施例中，導光結構130形成於二極體結構層120之第一半導體層121中，二極體結構層120之主動層123係覆蓋導光結構130，例如是填滿導光結構130之凹部。
請參照第6圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。發光二極體元件400包括基板110、二極體結構層120、數個導光結構130、透明電極140、第一電極150及第二電極160。本實施例中，導光結構130形成於二極體結構層120上之透明電極140中，第二電極160係覆蓋導光結構130，例如是填滿導光結構130之部分凹部。另一實施例中，第二電極160可填滿導光結構130之整個凹部。
請參照第7圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。發光二極體元件500包括基板110、二極體結構層120、數個導光結構530、透明電極140、第一電極150及第二電極160。導光結構530的結構可相似於導光結構130，容此不再贅述。
本實施例中，導光結構530經過透明電極140、第二半導體層122、主動層123及第一半導體層121，而形成一導光柱槽。導光結構530可將從側邊入光的光線L1擴散或散射至發光二極體元件500的出光側。本實施例中，導光結構530分佈於發光二極體元件500的邊緣，導光結構530另可圍繞第一電極150配置。
本實施例中，導光結構530貫穿整個透明電極140、第二半導體層122及主動層123，且經過第一半導體層121之一部份(未貫穿)。另一實施例中，導光結構530可貫穿整個二極體結構層120及部分之基板110。
請參照第8圖，其繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。發光二極體元件600包括基板110、二極體結構層120、數個導光結構530、透明電極140、第一電極150及第二電極160。本實施例中，導光結構530平均地分佈於發光二極體元件500中，例如，相鄰二導光結構530的間隔大致上相等或介於一小範圍內。此外，第二電極160可遮蔽導光結構130之開口。
以下係說明導光結構130的形成方法及形成設備。
請參照第9圖，其繪示依照本發明一實施例之發光二極體元件之導光結構的形成設備示意圖。
形成設備適用於發光二極體元件，以形成多個導光結構。在本實施例中，形成設備1000包括雷射光源1100、至少一聚焦透鏡結構1200及波片1300。聚焦透鏡結構1200設於一容置元件1700內。
雷射光源1100發射之一雷射光L2經過波片1300及聚焦透鏡結構1200後，入射至發光二極體元件100之基板110、二極體結構層120與透明電極140中至少一者。在一實施例中，若欲將導光結構130形成於基板110上，則在提供基板110後，使用形成設備1000直接於基板110上形成導光結構130，然後再形成二極體結構層120。在另一實施例中，若欲將導光結構130形成於二極體結構層120上，則在二極體結構層120中至少一層形成於基板110上後，使用形成設備1000直接於二極體結構層120形成導光結構130。
此外，雷射光L2的照射時間及能量大小可決定導光結構130的表面直徑D1(第3圖)及深度H1(第3圖)。
另外，形成設備1000更包括載台1400、控制單元1500、能量控制器1600及真空吸附裝置1800。
控制單元1500例如是單晶片控制器(Single-Chip Microcomputer)，又稱微控制器(Microcontroller)，其是把中央處理器、記憶體、定時/計數器(Timer/Counter)、各種輸入輸出介面等都整合在一塊積體電路晶片上的微型電腦。
控制單元1500透過輸出/入埠可控制載台1400的移動。能量控制器1600可調整或改變雷射光L2入射至波片1300的能量。真空吸附裝置1800可穩固地吸附住發光二極體元件100。
本實施例中，波片1300例如是係四分之一波片，使雷射光L經過波片1300後成為圓偏振光或橢圓偏振光，以形成具有螺旋溝槽132的導光結構130。只要能產生圓偏振光或橢圓偏振光的波片，都是本發明實施例所指稱的波片。
請參照第10圖，其繪示第9圖之雷射光經過聚焦透鏡結構的聚焦示意圖。雷射光L2在經過聚焦透鏡結構1200後聚焦於聚焦透鏡結構1200之外側(焦點F位於聚焦透鏡結構1200之外側)。在一實施例中，焦點F落於發光二極體元件100(第9圖)上，以使雷射光L2的能量集中地作用於發光二極體元件100，以有效率地形成導光結構130。
透過選擇具有適當折射率的聚焦透鏡結構1200及適當波長的雷射光L2，可使雷射光L2在經過聚焦透鏡結構1200後聚焦於聚焦透鏡結構1200之外側，以避免雷射光L2的能量過度集中在聚焦透鏡結構1200內而破壞(燒損)聚焦透鏡結構1200。
在一實施例中，雷射光L2的能量強度可小於20焦耳/平方公分，以避免雷射光L2的能量過大而破壞聚焦透鏡結構1200。雷射光L2的波長可大於500奈米，在一實施例中，雷射光L2的波長係約800 nm。在另一實施例中，雷射光L2係奈秒雷射，在此情況下，雷射光源1100係奈秒雷射發射器。相較於短波長的雷射光，本實施例中長波長的雷射光L2較不易散射，可使雷射光L2在經過聚焦透鏡結構1200後聚焦於聚焦透鏡結構1200之外側，如此可避免雷射光L2聚焦於聚焦透鏡結構1200內而破壞聚焦透鏡結構1200。
聚焦透鏡結構1200例如是高聚焦透鏡結構，例如，聚焦透鏡結構1200的曲率半徑R1可介於約2.5微米至2500微米之間。聚焦透鏡結構1200可輔助雷射光L2聚焦，使得即使是小能量之雷射光L2可經由聚焦透鏡結構1200聚焦而達到加工之功效。當聚焦透鏡結構1200的數量為二個以上時，形成設備1000可達到多點加工之功效。
本實施例中，聚焦透鏡結構1200的折射率係介於約1.1至2.5之間。由於聚焦透鏡結構1200的折射率偏低，故可減少入射至聚焦透鏡結構1200之雷射光的偏折角度，使焦點F位於聚焦透鏡結構1200之外側，如此可避免雷射光聚焦於聚焦透鏡結構1200內而破壞聚焦透鏡結構1200。
請參照第11A至11E圖，其繪示依照本發明多個實施例之聚焦透鏡結構的剖視圖。
如第11A圖所示，聚焦透鏡結構1200係一聚焦透鏡圓球。聚焦透鏡圓球的曲率半徑R1可介於約2.5微米至2500微米之間。
如第11B圖所示，聚焦透鏡結構2200具有出光曲面2200s1及平面2200s2，其中，出光曲面2200s1例如是圓球曲面。出光曲面2200s1的曲率半徑R1係介於約2.5微米至2500微米之間。聚焦透鏡結構2200係以平面2200s2設置於容置元件1700上，因此可穩固地設於容置元件1700上。此外，出光曲面2200s1係朝向載台1400(第9圖)，使雷射光L2從出光曲面2200s1出光而入射至發光二極體元件100(第9圖)。在本實施例中，平面2200s2之半徑(圖未示出)係小於出光曲面2200s1的曲率半徑R1，但並不以所列舉者為限。
如第11C圖所示，聚焦透鏡結構3200係一聚焦透鏡半圓球，聚焦透鏡結構2200具有出光曲面2200s1及平面2200s2。雷射光L2從出光曲面2200s1出光而入射至發光二極體元件100。本實施例中，平面2200s2之半徑(圖未示出)係等於出光曲面2200s1的曲率半徑R1，但並不以所列舉者為限。
如第11D圖所示，聚焦透鏡結構4200係一聚焦透鏡橢圓球。雷射光L2入射至聚焦透鏡橢圓球的入射方向實質上平行於聚焦透鏡橢圓球4200的短軸。
如第11E圖所示，聚焦透鏡結構5200係一聚焦透鏡橢圓球，其具有出光曲面5200s1及平面2200s2。雷射光L2從出光曲面5200s1出光後入射至發光二極體元件100。
請參照第12A至12D圖，其繪示依照本發明多個實施例之陣列式的聚焦透鏡結構的俯視圖。
如第12A圖所示，數個聚焦透鏡結構1200可排列成陣列式。各聚焦透鏡結構1200的尺寸係一致。相鄰二聚焦透鏡結構1200係緊靠在一起，如此可避免該些聚焦透鏡結構1200晃動。
如第12B圖所示，係於第12A圖中二個聚焦透鏡結構1200之間的空隙放置聚焦透鏡結構1200。相較於第12A圖之聚焦透鏡結構1200，本實施例之聚焦透鏡結構1200的數量較多且相鄰二聚焦透鏡結構1200之間的空隙更小。
如第12C圖所示，數個聚焦透鏡結構1200可排列成陣列式。該些聚焦透鏡結構1200的尺寸不完全一致。有些聚焦透鏡結構1201的尺寸較大，而有些聚焦透鏡結構1202的尺寸較小。
如第12D圖所示，數個聚焦透鏡結構1200排列成不規則型式(相較陣列式係較不規則)。該些聚焦透鏡結構1200的尺寸不完全一致。有些聚焦透鏡結構1201的尺寸較大，有些聚焦透鏡結構1202的尺寸較小。
請參照第13A及13E圖，其繪示依照本發明一實施例之發光二極體之導光結構的形成過程圖。
如第13A圖所示，提供基板110。
如第13B圖所示，以例如是沉積方法，形成二極體結構層120於基板110。詳細來說，形成第一半導體層121於基板110上；然後，形成主動層123於第一半導體層121上；然後，形成第二半導體層122於主動層123上。
如第13C圖所示，設置基板110及二極體結構層120於形成設備1000之載台1400上。
如第13C圖所示，雷射光源1100發射雷射光L2，其中雷射光L2經過波片1300及聚焦透鏡結構1200後，入射至二極體結構層120之第二半導體層122(未繪示於第13C圖)，以形成導光結構130於第二半導體層122上。
形成導光結構130過程中，可同時移動載台1400，使雷射光L2可經過二極體結構層120的預設區域，以於該預設區域中形成多個導光結構130。
如第13D圖所示，以例如是沉積方法，形成透明電極140於二極體結構層120上，其中，透明電極140覆蓋導光結構130。
如第13E圖所示，以例如是蝕刻方法，形成一開孔170於二極體結構層120，以露出部分第一半導體層121。
然後，形成如第1圖所示之第一電極150於第一半導體層121上，以及形成如第1圖所示之第二電極160於透明電極140上。至此，形成至少一如第1圖所示之發光二極體元件100。
於第4圖之導光結構130的形成過程中，先將基板110設於載台1400上；然後，雷射光源1100發射雷射光L2，其中雷射光L2經過波片1300及聚焦透鏡結構1200後，入射至基板110，以形成如第4圖所示之導光結構130於基板110上；然後再形成二極體結構層120於基板110上。
於第5圖之導光結構130的形成過程中，可在二極體結構層120之第一半導體層121形成後，將基板110及第一半導體層121設於載台1400上；然後，雷射光源1100發射雷射光L2，其中雷射光L2經過波片1300及聚焦透鏡結構1200後，入射至第一半導體層121，以形成如第5圖所示之導光結構130於第一半導體層121上；然後再形成主動層123、第二半導體層122及透明電極140。
於第6圖之導光結構130的形成過程中，可在透明電極140形成於二極體結構層120上後，將基板110、二極體結構層120及透明電極140設於載台1400上；然後，雷射光源1100發射雷射光L2，其中雷射光L2經過波片1300及聚焦透鏡結構1200後，入射至透明電極140，以形成如第6圖所示之導光結構130於透明電極140上。
此外，在適當地控制雷射光L2的參數(強度、時間等)下，導光結構130可貫穿第一半導體層121、主動層123及第二半導體層122中至少一者，以下係進一步說明。
於第7圖之導光結構130的形成過程中，可在二極體結構層120形成於基板110後，對應發光二極體元件500的邊緣區域，形成導光結構530貫穿第二半導體層122、主動層123及部分之第一半導體層121，使導光結構530成為一導光柱槽，如第7圖所示。另一實施例中，導光結構530可貫穿整個二極體結構層120及部分之基板110。
於第8圖之導光結構530的形成過程中，可在透明電極140形成於基板110後，平均地形成導光結構530貫穿透明電極140、第二半導體層122、主動層123及部分之第一半導體層121，使導光結構530成為一導光柱槽，如第8圖所示。
形成導光結構130及530的過程中，可在不使用光罩的情況下，透過控制載台1400的移動範圍即可形成至少一導光結構130及530。藉由控制載台1400與雷射光源1100的相對速度、聚焦透鏡結構1200的尺寸(如第11A至11E圖)、該些聚焦透鏡結構1200的分佈(如第12A至12D圖)及/或雷射光L2的參數(能量、時間等)，可控制導光結構130及530的幾何形態(位置、深度、直徑及/或排列等型態)，以下係以第14A至14D圖舉例說明。
請參照第14A至14D圖，其繪示依照本發明多個實施例之導光結構的剖視圖。
如第14A圖所示，可使用第12A或12B圖之聚焦透鏡結構1200形成第14A圖之導光結構130。其中，相鄰二導光結構130的間距實質上係對應之二聚焦透鏡結構1200之曲率半徑R1的總和，例如是R1+R1。第14A圖中，同一個導光結構130係於一次的雷射光加工行程下形成。
如第14B圖所示，第14A圖之導光結構130形成後，載台1400移動行程S1後，再形成另一些導光結構130’。其中，相鄰二導光結構130與130’(導光結構130與130’係於不同二次之雷射光加工行程所形成)的間距實質上係距離S1。第14B圖中，同一個導光結構130可受到雷射光的二次加工，例如，導光結構130於導光結構130’的形成過程中可能被雷射光L2再加工一次。另一實施例中，在適當地控制製程參數下，導光結構130可只被雷射光L2加工一次。
如第14C圖所示，可使用第12A、12B、12C或12D圖之聚焦透鏡結構1200形成第14A圖之導光結構130。在載台1400的控制上，載台1400可以小行程相對雷射光源1100移動，以形成數個不規則分佈及或不規則尺寸的導光結構130”。第14C圖中，同一個導光結構130”可受到雷射光二次或二次以上的加工。
如第14D圖所示，可使用第12A、12B、12C或12D圖之聚焦透鏡結構1200形成第14D圖之導光結構130及130’。其中，導光結構130例如是由第12C或12D圖之聚焦透鏡結構1201所形成，而導光結構130’例如是由聚焦透鏡結構1202所形成。或者，導光結構130及130’可由第12A或12B圖之聚焦透鏡結構1200所形成，然相較於形成導光結構130’的雷射光，形成導光結構130之雷射光的能量可控制得較強，以形成較深的導光結構130。
請參照第15圖，其繪示對本發明實施例之發光二極體元件的測試結果圖。以發光二極體元件100為例說明，由電流I對電壓V之曲線圖顯示可知，發光二極體元件100於電流I為20毫安培(mA)時所取得的正向電壓(forward voltage)約為3.26伏特(V)，此數值接近習知發光二極體於相同電流I(20mA)時所取得的正向電壓值(3.20 V)。顯然，以雷射光形成導光結構130的發光二極體元件100，其正向電壓可維持正常水準。
請參照第16圖，其繪示對本發明實施例之發光二極體元件的測試結果圖。以發光二極體元件100為例說明，由光輸出強度E對注入電流(injection current)I之曲線圖顯示可知，發光二極體元件100之光輸出強度E明顯地大於習知發光二極體之光輸出強度E。另外，相較於習知發光二極體的光輸出強度E，實施例中發光二極體元件100於電流I為20 mA時所取得的光輸出強度E係增加，例如是增加約33%。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600．．．發光二極體元件
110．．．基板
120．．．二極體結構層
121．．．第一半導體層
122．．．第二半導體層
123．．．主動層
130、130'、130"、530．．．導光結構
131．．．內側壁
132．．．螺旋溝槽
140．．．透明電極
141．．．凹部
150．．．第一電極
160．．．第二電極
170．．．開孔
1000．．．形成設備
1100．．．雷射光源
1200、1201、1202、2200、3200、4200、5200．．．聚焦透鏡結構
1300．．．波片
1400．．．載台
1500．．．控制單元
1600．．．能量控制器
1700．．．容置元件
1800．．．真空吸附裝置
2200s1、5200s1．．．出光曲面
2200s2．．．平面
D1．．．表面直徑
E．．．光輸出強度
H1．．．深度
L1．．．光線
L2．．．雷射光
I．．．電流
R1．．．曲率半徑
S1．．．行程
T1．．．間距
V．．．電壓
第1圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第2圖繪示第1圖之俯視圖。
第3圖繪示第2圖中方向3-3’的剖視圖。
第4圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第5圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第6圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第7圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第8圖繪示依照本發明另一實施例之發光二極體元件的剖視圖。
第9圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體元件之導光結構的形成設備示意圖。
第10圖繪示第9圖之雷射光經過聚焦透鏡結構的聚焦示意圖。
第11A至11E圖繪示依照本發明多個實施例之聚焦透鏡結構的剖視圖。
第12A至12D圖繪示依照本發明多個實施例之陣列式的聚焦透鏡結構的俯視圖。
第13A及13E圖繪示依照本發明一實施例之發光二極體之導光結構的形成過程圖。
第14A至14D圖繪示依照本發明多個實施例之導光結構的剖視圖。
第15圖繪示對本發明實施例之發光二極體元件的測試結果圖。
第16圖繪示對本發明實施例之發光二極體元件的測試結果圖。
100．．．發光二極體元件
110．．．基板
120．．．二極體結構層
121．．．第一半導體層
122．．．第二半導體層
123．．．主動層
130．．．導光結構
140．．．透明電極
141．．．凹部
150．．．第一電極
160．．．第二電極
L1．．．光線

Claims (23)

  1. 一種發光二極體元件，包括：一基板；一二極體結構層，形成於該基板上；以及複數個導光結構，形成於該基板與該二極體結構層中至少一者，各該導光結構具有一內側壁及複數個螺旋溝槽，該些螺旋溝槽形成於該內側壁上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中該二極體結構層包括：一第一半導體層，形成於該基板上，該第一半導體層係P型半導體與N型半導體之一者；一第二半導體層，係P型半導體與N型半導體之另一者；以及一主動層，形成於該第一半導體層與該第二半導體層之間；其中，該導光結構形成於該基板、該第一半導體層、該第二半導體層與該主動層中至少一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中各該導光結構係一凹部，該導光結構的表面直徑係介於0.25微米至500微米之間，而該導光結構的深度係介於10奈米至1000奈米之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，其中該些螺旋溝槽之週期係介於50奈米至1000奈米之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體元件，更包括：一透明電極，形成於該二極體結構層上，其中該些導光結構形成於該基板、該二極體結構層與該透明電極中至少一者。
  6. 一種發光二極體之導光結構的形成方法，包括：提供一基板；形成一二極體結構層於該基板；設置該基板於一形成設備上，其中該形成設備包括一雷射光源、一聚焦透鏡結構及一波片，該波片設於該雷射光源與該聚焦透鏡結構之間；以及該雷射光源發射一雷射光，其中該雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該基板與該二極體結構層中至少一者，以形成複數個導光結構，其中各該導光結構具有一內側壁及複數個螺旋溝槽，該些螺旋溝槽形成於該內側壁上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，其中於該雷射光源發射該雷射光之該步驟中，該雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該基板，以形成該些導光結構；於形成該二極體結構層於該基板之該步驟更包括：形成該二極體結構層於該基板上，其中該二極體結構層覆蓋該些導光結構。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，其中設置該基板於該形成設備上之該步驟係於形成該二極體結構層於該基板之該步驟之後執行；於該雷射光源發射該雷射光之該步驟中，該雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該二極體結構層，以形成該些導光結構。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，於形成該二極體結構層於該基板上之該步驟中包括：形成一第一半導體層於該基板上；形成一主動層於該第一半導體層上；及形成一第二半導體層於該主動層上；其中，該第一半導體層係P型半導體層與N型半導體層之一者，而該第二半導體層係P型半導體層與N型半導體層之另一者；於該雷射光源發射一雷射光之該步驟中包括：形成該些導光結構於該第一半導體層、該主動層與該第一半導體層中至少一者上。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，更包括：形成一透明電極於該二極體結構層上；於該雷射光源發射該雷射光之該步驟中，該雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該基板、該二極體結構層與該透明電極中至少一者，以形成該些導光結構。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，其中各該導光結構係一凹部，該凹部的直徑係介於0.25微米至500微米之間，而該凹部的深度係介於10奈米至1000奈米之間。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之形成方法，其中該些螺旋溝槽之週期係介於50奈米至1000奈米之間。
  13. 一種形成設備，適用於一發光二極體元件，該形成設備包括：一雷射光源；一聚焦透鏡結構；以及一波片，設於該雷射光源與該聚焦透鏡結構之間；其中，該雷射光源發射之一雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該發光二極體元件，以形成多個導光結構。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該雷射光的波長係大於500奈米。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該雷射光係奈秒雷射。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該雷射光的能量強度小於20焦耳/平方公分。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該波片係四分之一波片。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，包括：複數個該聚焦透鏡結構，係排列成陣列式。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該雷射光經過該聚焦透鏡結構後聚焦於該聚焦透鏡結構之外側。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該聚焦透鏡結構係一聚焦透鏡圓球，該聚焦透鏡圓球的曲率半徑係介於2.5微米至2500微米之間。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該聚焦透鏡結構具有一出光曲面及一平面，該曲面的曲率半徑係介於2.5微米至2500微米之間。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該聚焦透鏡結構的折射率係介於1.1至2.5之間。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之形成設備，其中該雷射光源發射之該雷射光經過該波片及該聚焦透鏡結構後，入射至該發光二極體元件之一基板、一二極體結構與一透明電極中至少一者。
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