TW201347231A - 發光二極體元件 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種發光二極體元件。發光二極體元件包含一基板、一緩衝層、多個奈米球與一發光結構。基板包含多個溝槽間隔地排列於基板表面。緩衝層疊設於具有溝槽之基板表面，溝槽位於基板與緩衝層之間。奈米球分別容置於此些溝槽中，使得各溝槽內具有多個奈米球。發光結構疊設於緩衝層。
Description
本發明有關於一種發光二極體元件，特別尤指一種含有奈米球之發光二極體元件。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)係屬於化合物半導體的一種，其係利用P型及N型半導體材料中的電子電洞結合時，以發光形式來釋放出的能量。此外，由於發光二極體具有體積小、壽命長、耗電量低、反應速率快等優點，近年來已廣泛的應用於光學顯示裝置、通訊裝置與照明設備上，成為日常生活中不可或缺的光電元件。
然而，由於上述傳統發光二極體晶粒的結構，使得傳統發光二極體晶粒之光取出效率仍然有限，無法有效提供較高之光取出效率的解決方案。
由此可見，上述現有的發光二極體晶粒顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改良。因此，如何能有效地解決上述不便與缺陷，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。
因此，本發明在提供一種發光二極體元件，用以有效提高光取出效率，以提昇整體之出光品質。
本發明在提供一種發光二極體元件，藉由提供橫向之磊晶機制，提昇晶體整體之規則性成長，有效改善磊晶之晶體品質。
依據本發明之一態樣，本發明所提供之一種發光二極體元件包含一基板、一緩衝層、複數個奈米球及一發光結構。基板包含複數個溝槽。此些溝槽間隔地排列於基板之一表面。緩衝層疊設於具有此些溝槽之基板表面，其中此些溝槽位於基板與緩衝層之間。此些奈米球容置於此些溝槽中，其中各溝槽內具有一個以上之奈米球。發光結構疊設於緩衝層。
依據本發明之另一態樣，本發明之一種發光二極體元件包括一基板、一緩衝層、複數個奈米球及一發光結構。緩衝層之一表面包括有複數個間隔排列之溝槽，並以此表面面向基板而堆疊於其上。此些奈米球容置於此些溝槽中。發光結構形成於緩衝層上。
依據本發明之又一態樣，本發明之一種發光二極體元件包括一基板、一緩衝層、複數個奈米球及一發光結構。緩衝層堆疊於基板上，且緩衝層內包括有多個間隔排列之通道。此些奈米球容置於此些通道內。發光結構形成於緩衝層上。
依據本發明各態樣之一實施例中，發光結構包含一第一半導體層、一發光層及一第二半導體層。第一半導體層形成於緩衝層上。發光層形成於部分第一半導體層上，使得其他未被發光層所佔據之第一半導體層裸露出來。第二半導體層形成於發光層上。
此實施例中，發光二極體元件更包括一第一電極層及一第二電極層。第一電極層形成於未被發光層所佔據之第一半導體層上。第二電極層形成於第二半導體層上。其中第一半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層，該第二半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層；或者
第一半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層，而第二半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層。
此外，此實施例之一選項中，此些溝槽係週期性地或非週期性地排列於基板上。
此實施例之另一選項中，各溝槽的寬度約為1微米(μm)。
此實施例之又一選項中，任二相鄰之溝槽或通道彼此間的間距為1微米(μm)~3微米(μm)。
此實施例之又一選項中，此些奈米球的光折射率大於1。
此實施例之又一選項中，奈米球係由介電材質所構成，介電材質例如係選自於氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷、、氧化鈦(TiOx)及所組成之群組。此實施例之又一選項中，各奈米球的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間，更進一步，各奈米球的直徑介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。
此實施例之又一選項中，發光結構之出射光波長介於450~500奈米之間。
綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步性及實用性，並具有產業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點：
1.本發明發光二極體元件藉由其中所放置的奈米球，可提供更多的光散射效果，以增加光取出效率，並提昇整體之出光品質。
2.本發明發光二極體元件之緩衝層內所放置的奈米球更接近發光結構，以便更有效地增加光取出效率。
3.本發明發光二極體元件藉由其中所放置的奈米球後，導致產生橫向方向之磊晶成長機制，提昇晶體整體之規則性成長、降低晶體產生缺陷的機率，進而有效改善磊晶之晶體品質。
4. 奈米球容置於此些溝槽中，必然產生空氣縫隙，進一步造成光折射率的改變，增加光散射效果。
以下將以實施例對上述之說明以及接下來的實施方式做詳細的描述，並對本發明提供更進一步的解釋。
以下將以圖示及詳細說明清楚說明本發明之精神，如熟悉此技術之人員在瞭解本發明之實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
有鑑於傳統發光二極體晶粒之光取出效率有限，本發明於發光二極體元件中摻有用以幫助光線散射的奈米球，使得間隔排列的奈米球可產生更多的光散射中心，以提供更多的光散射效果，同時，發光二極體元件藉由所放置的奈米球後，將導致產生橫向方向之磊晶成長機制，提昇晶體整體之規則性成長、降低晶體產生缺陷的機率，進而有效改善磊晶之晶體品質。
請參閱第1圖所示，第1圖為本發明發光二極體元件100於一第一實施例之立體示意圖。
本發明提供一種發光二極體元件100。此發光二極體元件100(或稱發光二極體晶粒)包含一基板200(substrate)、一緩衝層300(buffer layer)、複數個奈米球400(nano-spheres)及一發光結構500，其中基板200疊設於緩衝層300之一面，發光結構500疊設於緩衝層300相對基板200之一面，且奈米球400成群地間隔排列於基板200面向緩衝層300之一面。
此第一實施例中，詳細來說，基板200例如為一藍寶石基板(sapphire)或一氮化鎵(GaN)基板，然而，本發明並不僅限於此。此基板200包含相對配置之一上表面210及一下表面220。此基板200之上表面210具有一立體圖形230，此立體圖形230包含凹設於基板200上表面210之複數個溝槽231。此些溝槽231間隔地排列於基板200之上表面210，更進一步地，此些溝槽231可週期性地(periodically)或非週期性地排列於基板200之上表面210。
此緩衝層300，例如為一氮化鎵，較佳可為低溫氮化鎵，疊設於此基板200之上表面210上，與基板200之上表面210具有相等之面積，使得此些溝槽231介於基板200與緩衝層300之間，並被緩衝層300所覆蓋。
此第一實施例中，見第2A圖所示，各溝槽231可稱「微米級溝槽」，其寬度W例如為1微米(μm)，小於任二相鄰之溝槽231彼此間的間距G例如為2微米(μm)~3微米(μm)。然而，本發明並不僅限於此，各溝槽231的寬度W與任二相鄰之溝槽231彼此間的間距G可依實際需求與限制而定。
關於所述之奈米球400，復見第1圖所示，具體來說，此些奈米球400係具奈米級尺寸，故亦可稱「奈米級微球」或「微球」。如此，此些奈米球400可分別成群地放置於此些溝槽231內，使得各溝槽231內分別被放置有至少一個以上之奈米球400。
此些奈米球400係由介電材質所構成，例如為氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷、或氧化鈦(TiOx)以上所述之組合。
此外，各奈米球400的直徑例如介於100奈米(nm)至750奈米(nm)之間，較佳地，各奈米球400的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間，更進一步，各奈米球400的直徑可介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。各奈米球400的直徑相似於發光結構500之一出射光波長，此發光結構500之出射光波長於一較佳實施例中，例如係介於450~500奈米之間。
此外，發光結構500包含一第一半導體層510、一發光層520及一第二半導體層530。第一半導體層510形成於緩衝層300相對基板200之一面上。發光層520形成於部分第一半導體層510上，使得其他未被發光層520所佔據之第一半導體層510裸露出來。第二半導體層530形成於發光層520相對第一半導體層510之一面上。此實施例中並不限制發光層520為一單量子井(single-quantum well，SQW)或多量子井(multi-quantum well，MQWs)之發光層520。發光二極體元件100更包括一第一電極層600及一第二電極層700。第一電極層600形成於未被發光層520所佔據之第一半導體層510上。第二電極層700形成於第二半導體層530上。
此第一實施例可交替之選項中，第一半導體層510為一N型含鎵的氮化物半導體層，第二半導體層530為一P型含鎵的氮化物半導體層；或者，相反地，第一半導體層510為一P型含鎵的氮化物半導體層，而第二半導體層530為一N型含鎵的氮化物半導體層。
如此，當發光層520發出光線L至各溝槽231內之此些奈米球400時，由於分別放置於此些溝槽231內之此些奈米球400之間仍具有空隙，且此些奈米球400的光折射率大於1，使得奈米球400與空氣具有不同的光折射率，從而於此些奈米球400上產生更多的光散射中心，以提供更多的光散射效果，以提昇整體之出光品質。
請參閱表一所示，表一為傳統發光二極體元件與本發明中不同奈米球400直徑之發光二極體元件100之發光強度的比較。
由表一之此四筆實驗數據中得知，傳統不具奈米球之發光二極體元件的發光強度僅達68.6；反觀本發明中，當發光二極體元件100內之奈米球400直徑為250奈米時，其發光強度為較佳，可達91.6；當發光二極體元件100內之奈米球400直徑為500奈米時，其發光強度為其次，可達80.6；當發光二極體元件100內之奈米球400直徑為750奈米時，其發光強度也可達73.1。如此，無論發光二極體元件100內之奈米球400直徑為250、500或750奈米時，其發光強度都優於傳統發光二極體元件之發光強度。
請參閱第2A圖～第2G圖所示，第2A圖～第2G圖為本發明發光二極體元件100於此第一實施例中之製作流程之操作示意圖。
上述第一實施例之發光二極體元件100中，其製作流程大致包含多個步驟如下：步驟(801)：提供一上述之基板200(如第2A圖)；此步驟中，若基板200為一藍寶石基板時，則可藉由一黃光蝕刻方法於此基板200之上表面211形成所述之溝槽231；或者，若基板200為一氮化鎵基板時，則可藉由一微影蝕刻方法於此基板200之上表面211形成所述之溝槽231。
步驟(802)：配置多個上述之奈米球400於各溝槽231中(如第2B圖)；此步驟中，將此些奈米球400分別成群地落入各溝槽231中，其細部步驟更包含：步驟(8021)：塗布一含有奈米球400的溶液於基板200之上表面210上；步驟(8022)：旋轉此基板200，使得此些奈米球400分別掉落至此些溝槽231中；步驟(8023)：刷動基板200之上表面210上其餘之奈米球400，使移除其餘之奈米球400，其間亦可使若干之奈米球400分別落入此些溝槽231中；以及步驟(8024)：使溶液自基板200上揮發。
步驟(803)：形成一上述之緩衝層300於基板200之上表面210，其中緩衝層300覆蓋此些溝槽231、此些奈米球400與此基板200；(如第2C圖～第2E圖)
具體來說，由於基板200之此些溝槽231內已填有奈米球400之緣故，基板200之上表面210與此些溝槽231相互交錯之處具有多個第一長晶面211，緩衝層300僅能於此些第一長晶面211上進行磊晶。緩衝層300之磊晶過程中，緩衝層300初步之晶體301分別先自基板200之此些第一長晶面211之表面漸漸朝相對之兩側(如第2C圖之左右兩側之長晶方向D1)橫向生長，待此些晶體301朝橫向生長而成為一體(如第2D圖)時，才一同朝相對基板200之方向(如第2D圖上方之長晶方向D2)成長，以形成緩衝層300(如第2E圖)。如此，藉由上述提供橫向之磊晶機制，可提昇緩衝層300晶體整體之規則性成長，以便有效改善磊晶之晶體品質。
步驟(804)：形成一上述之第一半導體層510於緩衝層300相對基板200之一面；(如第2F圖)
步驟(805)：形成一上述之發光層520於第一半導體層510相對基板200之一面；(如第2G圖)
步驟(806)：形成一上述之第二半導體層530於發光層520相對基板200之一面。(如第1圖)
步驟(807)：分別形成一上述之第一電極層600於第一半導體層510之上以及形成一上述之第二電極層700於第二半導體層530之上。(如第1圖)
如此，經由上述步驟後，便可形成上述第一實施例中之發光二極體元件100。
請參閱第3圖所示，第3圖為本發明發光二極體元件101於一第二實施例之立體示意圖。
本發明提供一種發光二極體元件101。此發光二極體元件101(或稱發光二極體晶粒)包含一基板201(substrate)、一緩衝層310(buffer layer)、複數個奈米球400(nano-spheres)及一發光結構500，其中緩衝層310堆疊於基板201上，且緩衝層310內包括有多個間隔排列之通道。此些奈米球400容置於此些通道311內。發光結構500形成於緩衝層310上。
此第二實施例中，詳細來說，基板201例如為一藍寶石基板(sapphire)或一氮化鎵(GaN)基板，然而，本發明並不僅限於此。此緩衝層310，例如為一氮化鎵，疊設於此基板201之一上表面210，與基板201之上表面210具相等之面積。
此些通道311內藏於緩衝層310內，可週期性地(periodically)或非週期性地排列於緩衝層310內，換句話說，此些通道311可週期性地(periodically)或非週期性地排列於基板201之上。
此第二實施例中，各通道311可稱「微米級通道」，其寬度W例如為1微米(μm)，小於任二相鄰之通道311彼此間的間距G例如為2微米(μm)~3微米(μm)。然而，本發明並不僅限於此，各通道311的寬度W與任二相鄰之通道311彼此間的間距G可依實際需求與限制而定。
關於所述之奈米球400，具體來說，此些奈米球400係具奈米級尺寸，故亦可稱「奈米級微球」或「微球」。如此，此些奈米球400可分別成群地放置於此些通道311內，使得各通道311內分別被放置有至少一個以上之奈米球400。
此些奈米球400係由介電材質所構成，例如為氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷或氧化鈦(TiOx)。
此外，各奈米球400的直徑例如介於100奈米(nm)至750奈米(nm)之間，較佳地，各奈米球400的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間，更進一步，各奈米球400的直徑可介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。各奈米球400的直徑相似於發光結構500之一出射光波長，此出射光波長例如介於450~500奈米之間。
發光結構500、第一、二電極層600、700與上述第一實施例相同，且沿用相同之標號，故，在此不加以贅述。
如此，當發光層520發出光線L至各通道311內之此些奈米球400時，由於分別放置於此些通道311內之此些奈米球400之間仍具有空隙，且此些奈米球400的光折射率大於1，使得奈米球400與空氣具有不同的光折射率，從而於此些奈米球400上產生更多的光散射中心，以提供更多的光散射效果，以提昇整體之出光品質。此外，相較於第一實施例，由於第二實施例之奈米球400更接近發光結構500，故，可更有效地增加光取出效率。
請參閱表二所示，表二為傳統發光二極體元件與本發明中不同奈米球400直徑之發光二極體元件101之發光強度的比較。
由表二之此四筆實驗數據中得知，傳統不具奈米球之發光二極體元件的發光強度僅達72.54；反觀本發明中，當發光二極體元件101內之奈米球400直徑為250奈米時，其發光強度為較佳，可達96.51；當發光二極體元件101內之奈米球400直徑為500奈米時，其發光強度為其次，可達88.81；當發光二極體元件101內之奈米球400直徑為750奈米時，其發光強度也可達76.72。如此，無論發光二極體元件101內之奈米球400直徑為250、500或750奈米時，其發光強度都優於傳統發光二極體元件之發光強度。
請參閱第4A圖～第4G圖所示，第4A圖～第4G圖為本發明發光二極體元件101於此第二實施例中之製作流程之操作示意圖。
上述第二實施例之發光二極體元件101中，其製作流程大致包含多個步驟如下：步驟(901)：提供一上述之基板201(如第4A圖)；步驟(902)：形成一第一緩衝層312於此基板201之上表面210上，其中此第一緩衝層312相對基板201之一面間隔地排列有多個溝槽313(如第4A圖)；此步驟中，可藉由一微影蝕刻方法於此第一緩衝層312相對此基板201之一面上形成所述之溝槽313。
步驟(903)：配置多個奈米球400於各溝槽313中；(第4B圖)
此步驟中，將此些奈米球400分別成群地落入各溝槽313中，其細部步驟更包含：步驟(9031)：塗布一含有奈米球400的溶液於第一緩衝層312之此面上；步驟(9032)：旋轉此基板201與第一緩衝層312，使得此溶液內之奈米球400分別掉落至此些溝槽313中；步驟(9033)：刷動第一緩衝層312之此面上其餘之奈米球400，使移除其餘之奈米球400，其間亦可使若干之奈米球400分別落入此些溝槽313中；以及步驟(9034)：使溶液自第一緩衝層312上揮發。
步驟(904)：形成一上述之第二緩衝層315於第一緩衝層312上，其中此第二緩衝層315覆蓋此些溝槽313、此些奈米球400與第一緩衝層312；(第4C圖~第4E圖)具體來說，由於第一緩衝層312之此些溝槽313內已填有奈米球400之緣故，第一緩衝層312與此些溝槽313相互交錯之處具有多個第二長晶面314，第二緩衝層315僅能於此些第二長晶面314進行磊晶。
第二緩衝層315之磊晶過程中，第二緩衝層315初步之晶體302將先自第一緩衝層312之此些第二長晶面314之表面漸漸朝相對之兩側(如第4C圖之左右兩側之長晶方向D3)橫向生長，待此些晶體302朝橫向生長而成為一體，使得上述溝槽313形成通道311後(如第4D圖)，才一同朝相對基板201之方向(如第4D圖上方之長晶方向D4)成長，以形成第二緩衝層315(如第4E圖)。如此，藉由上述提供橫向之磊晶機制，可提昇第二緩衝層315晶體整體之規則性成長，以便有效改善磊晶之晶體品質。
步驟(905)：形成一上述之第一半導體層510於第二緩衝層315相對基板201之一面上；(如第4F圖)
步驟(906)：形成一上述之發光層520於第一半導體層510相對基板201之一面上；(如第4G圖)
步驟(907)：形成一上述之第二半導體層530於發光層520相對基板201之一面上。(如第3圖)
步驟(908)：分別形成一上述之第一電極層600於第一半導體層510之上以及形成一上述之第二電極層700於第二半導體層530之上。(如第3圖)
如此，經由上述步驟後，便可形成上述第二實施例中之發光二極體元件101。
請參閱第5圖所示，第5圖為本發明發光二極體元件102於第二實施例之一變化之側視示意圖。
此第二實施例之一變化中，此發光二極體元件102(或稱發光二極體晶粒)包含一基板201(substrate)、一緩衝層310(buffer layer)、複數個奈米球400(nano-spheres)及一發光結構500，其中緩衝層310堆疊於基板201上，且緩衝層310面向基板201之一面包括有多個間隔排列之溝槽316。此些奈米球400容置於此些溝槽316內。發光結構500形成於緩衝層310上。
此第二實施例之一變化中，詳細來說，基板201與第3圖之基板相同。溝槽316可週期性地(periodically)或非週期性地排列於緩衝層310面向基板201之一面，換句話說，此些溝槽316可週期性地(periodically)或非週期性地排列於基板201之上表面210上。
此第二實施例中之一變化中，各溝槽316可稱「微米級溝槽」，其寬度W例如為1微米(μm)，小於任二相鄰之溝槽316彼此間的間距G例如為2微米(μm)~3微米(μm)。然而，本發明並不僅限於此，各溝槽316的寬度W與任二相鄰之溝槽316彼此間的間距G可依實際需求與限制而定。
關於所述之奈米球400，具體來說，此些奈米球400係具奈米級尺寸，故亦可稱「奈米級微球」或「微球」。如此，此些奈米球400可分別成群地放置於此些溝槽316內，使得各溝槽316內分別被放置有至少一個以上之奈米球400。
此些奈米球400係由介電材質所構成，例如為氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷或氧化鈦(TiOx)。
此外，各奈米球400的直徑例如介於100奈米(nm)至750奈米(nm)之間，較佳地，各奈米球400的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間，更進一步，各奈米球400的直徑可介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。各奈米球400的直徑相似於發光結構500之一出射光波長，此出射光波長例如介於450~500奈米之間。
發光結構500、第一、二電極層600、700與上述第一實施例相同，且沿用相同之標號，故，在此不加以贅述。此變化之製作方式與步驟(901)~步驟(908)類似，不同步驟(902)的是，當形成一第一緩衝層317於此基板201之上表面210時，第一緩衝層317包含多個之貫通第一緩衝層317的貫通口(圖中未示)，貫通口彼此間隔地排列，後續與步驟(903)~步驟(908)相同。
請參閱第6圖所示，第6圖為本發明發光二極體元件103於第二實施例之一變化之立體示意圖。
基板201更包含多個溝槽232，此些溝槽232間隔地排列於基板201之上表面210，其中緩衝層300(或上述之第一緩衝層312)覆蓋基板201與此些溝槽232。
請參閱第7圖所示，第7圖為本發明發光二極體元件100～103之發光結構501於第一～第二實施例之另一變化之側視示意圖。
上述各實施例之其他變化下，發光二極體元件100～103之發光結構501包含一第一半導體層511、一發光層520與一第二半導體層530。第一半導體層511形成於緩衝層300，310上。發光層520形成於第一半導體層511之一面之一部分上，使得第一半導體層511之此面上其他未被發光層520所佔據之部份被裸露出來。第二半導體層530形成於發光層520上。
更進一步地，第一半導體層511之此面形成有上述之發光層520之部分具有一隆起部512，發光層520位於隆起部512上。隆起部512較第一半導體層511之此面上其他未被發光層520所佔據之部份突起。
綜上所述，藉由本發明發光二極體元件之結構，可提供更多的光散射效果，以增加光取出效率，以提昇整體之出光品質。同時，本發明發光二極體元件藉由其中所放置的奈米球後，導致橫向方向之磊晶成長，提昇晶體整體之規則性成長、降低晶體產生缺陷的機率，進而有效改善磊晶之晶體品質。
本發明所揭露如上之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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、101、102、103．．．發光二極體元件
200、201．．．基板
210．．．上表面
211．．．第一長晶面
220．．．下表面
230．．．立體圖形
231、232．．．溝槽
300、310．．．緩衝層
301、302．．．晶體
311．．．通道
312、317．．．第一緩衝層
313、316．．．溝槽
314．．．第二長晶面
315．．．第二緩衝層
400．．．奈米球
500、501．．．發光結構
510、511．．．第一半導體層
512．．．隆起部
520．．．發光層
530．．．第二半導體層
600．．．第一電極層
700．．．第二電極層
W．．．寬度
G．．．間距
L．．．光線
D1～D4．．．長晶方向
801～807、901～908．．．步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：
第1圖為本發明發光二極體元件於一第一實施例之側視示意圖。
第2A圖～第2G圖為本發明發光二極體元件於此第一實施例中之製作流程之操作示意圖。
第3圖為本發明發光二極體元件於一第二實施例之側視示意圖。
第4A圖～第4G圖為本發明發光二極體元件於此第二實施例中之製作流程之操作示意圖。
第5圖為本發明發光二極體元件於第二實施例之一變化之側視示意圖。
第6圖為本發明發光二極體元件於第二實施例之另一變化之側視示意圖。
第7圖為本發明發光二極體元件之發光結構於第一～第三實施例之一變化之側視示意圖。
100．．．發光二極體元件
200．．．基板
210．．．上表面
220．．．下表面
230．．．立體圖形
231．．．溝槽
300．．．緩衝層
400．．．奈米球
500．．．發光結構
510．．．第一半導體層
520．．．發光層
530．．．第二半導體層
600．．．第一電極層
700．．．第二電極層
L．．．光線
Claims (30)
- 一種發光二極體元件，包含：一基板，包含複數個溝槽，該些溝槽間隔地排列於該基板之一表面；一緩衝層，疊設於具有該些溝槽之該基板表面，其中該些溝槽位於該基板與該緩衝層之間；複數個奈米球，容置於該些溝槽中，其中每一該些溝槽內具有多個該些奈米球；以及一發光結構，疊設於該緩衝層。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中該發光結構包含：一第一半導體層，形成於該緩衝層上；一發光層，形成於部分該第一半導體層之一面上，使得該第一半導體層之該面上其他未被該發光層所佔據之部份被裸露出來；以及一第二半導體層，形成於該發光層上。
- 如請求項2所述之發光二極體元件，其中該第一半導體層之該面形成有該發光層之該部分具一隆起部，該隆起部較該第一半導體層之該面上其他未被該發光層所佔據之該部份突起。
- 如請求項2所述之發光二極體元件，其中更包括：一第一電極層，形成於未被該發光層所佔據之該第一半導體層上；以及一第二電極層，形成於該第二半導體層上。
- 如請求項2所述之發光二極體元件，其中該第一半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層，而該第二半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層；或者該第一半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層，而該第二半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中該些溝槽係週期性地或非週期性地排列於該基板上。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中每一該些溝槽的寬度約為1微米(μm)。
- 如請求項7所述之發光二極體元件，其中任二相鄰之該些溝槽彼此間的間距為1微米(μm)~3微米(μm)。
- 如請求項1~8任一項所述之發光二極體元件，其中該些奈米球的光折射率大於1。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中該些奈米球係由介電材質所構成。
- 如請求項10所述之發光二極體元件，其中該介電材質係選自於氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷及氧化鈦(TiOx)所組成之群組。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中每一該些奈米球的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間。
- 如請求項12所述之發光二極體元件，其中每一該些奈米球的直徑介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。
- 如請求項1所述之發光二極體元件，其中該發光結構之出射光波長介於450~500奈米之間。
- 一種發光二極體元件，包括：一基板；一緩衝層，其一表面包括有複數個間隔排列之溝槽，並以該表面面向該基板而堆疊於其上；複數個奈米球，容置於該些溝槽中；以及一發光結構，形成於該緩衝層上。
- 一種發光二極體元件，包括：一基板；一緩衝層，堆疊於該基板上，且該緩衝層內包括有複數個間隔排列之通道；複數個奈米球，容置於該些通道內；以及一發光結構，形成於該緩衝層上。
- 如請求項15或16項任一所述之發光二極體元件，其中該發光結構包含：一第一半導體層，直接疊設於該緩衝層上；一第二半導體層，疊設於該第一半導體層上；以及一發光層，設置於該第一半導體層與該第二半導體層之間。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中該發光結構包含：一第一半導體層，形成於該緩衝層上；一發光層，形成於部分該第一半導體層之一面上，使得該第一半導體層之該面上其他未被該發光層所佔據之部份被裸露出來；以及一第二半導體層，形成於該發光層上。
- 如請求項18所述之發光二極體元件，其中該第一半導體層之該面形成有該發光層之該部分具一隆起部，該隆起部較該第一半導體層之該面上其他未被該發光層所佔據之該部份突起。
- 如請求項18所述之發光二極體元件，其中更包括：一第一電極層，形成於未被該發光層所佔據之該第一半導體層上；以及一第二電極層，形成於該第二半導體層上。
- 如請求項18所述之發光二極體元件，其中該第一半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層，而該第二半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層；或者該第一半導體層為一P型含鎵的氮化物半導體層，而該第二半導體層為一N型含鎵的氮化物半導體層。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中該些溝槽或通道係週期性地或非週期性地排列於該基板上。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中每一該些溝槽或通道的寬度約為1微米(μm)。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中任二相鄰之該些溝槽或通道彼此間的間距為1微米(μm)~3微米(μm)。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中其中該些奈米球的光折射率大於1。
- 如請求項25所述之發光二極體元件，其中該些奈米球係由介電材質所構成。
- 如請求項26所述之發光二極體元件，其中該介電材質係選自於氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、氫氧化矽(SiOHx)、陶瓷、及氧化鈦(TiOx)所組成之群組。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中每一該些奈米球的直徑介於100奈米(nm)至500奈米(nm)之間。
- 如請求項28所述之發光二極體元件，其中每一該些奈米球的直徑介於160奈米(nm)至180奈米(nm)之間。
- 如請求項17所述之發光二極體元件，其中該發光結構之出射光波長介於450~500奈米之間。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI637538B (zh) * | 2016-01-05 | 2018-10-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光元件 |
Families Citing this family (7)
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|---|---|---|---|---|
| CN104425661B (zh) * | 2013-08-22 | 2017-03-01 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| KR101681242B1 (ko) * | 2015-01-19 | 2016-11-30 | 광주과학기술원 | 발광다이오드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 발광다이오드 |
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Family Cites Families (12)
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|---|---|---|---|---|
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| US20100015739A1 (en) * | 2005-06-25 | 2010-01-21 | Epiplus Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device having improved luminance and manufacturing method thereof |
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| KR101338698B1 (ko) * | 2007-04-16 | 2013-12-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 |
| TWI343663B (en) * | 2007-05-15 | 2011-06-11 | Epistar Corp | Light emitting diode device and manufacturing method therof |
| US7863635B2 (en) * | 2007-08-07 | 2011-01-04 | Cree, Inc. | Semiconductor light emitting devices with applied wavelength conversion materials |
| GB0722054D0 (en) * | 2007-11-09 | 2007-12-19 | Photonstar Led Ltd | LED with enhanced light extraction |
| CN101874286B (zh) * | 2007-11-27 | 2012-07-25 | 纳米晶公司 | 通过纳米或微米颗粒膜生长的超低位错密度的第三族-氮化物半导体衬底及其制备方法 |
| KR100994643B1 (ko) * | 2009-01-21 | 2010-11-15 | 주식회사 실트론 | 구형 볼을 이용한 화합물 반도체 기판의 제조 방법과 이를 이용한 화합물 반도체 기판 및 화합물 반도체 소자 |
| TWI385782B (zh) * | 2009-09-10 | 2013-02-11 | Lextar Electronics Corp | 白光發光元件 |
| TW201300310A (zh) * | 2011-06-28 | 2013-01-01 | Aceplux Optotech Inc | 具有奈米圖案的磊晶基板及發光二極體的製作方法 |
-
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- 2012-10-23 US US13/658,813 patent/US8729588B2/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI637538B (zh) * | 2016-01-05 | 2018-10-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光元件 |
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