TWI375337B - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Description

1375337 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體發光元件，特別係關於一種 半導體發光元件，其基板上設置複數個凸部可以不同角度 反射發光结構產生之光束俾便提昇取光效率。 【先前技術】 半導體發光元件，（例如發光二極體）已經被廣泛地應用 ^ 在各種父通號誌、車用電子、液晶顯示器背光模組以及一 * 般照明等。發光二極體基本上係在基板上依序形成n型半導 體層、發光區域、Ρ型半導體層，並採用在ρ型半導體層及η 型半導體層上形成電極，藉由自半導體層注入之電洞與電 子再結合，在發光區域上產生光束，其經由ρ型半導體層上 之透光性電極或基板射出發光二極體。用於製造可見光發 光二極體的常用材料包括各種爪^族化合物，包括用於製 ' η橙或紅光發光一極體的構化銘鎵姻（AlGalnP)以 • 及用於製造藍光或紫外光發光二極體的氮化鎵（GaN)，其中 氮化鎵發光二極體是成長在藍寶石基板上。 如何將發光層所產生的光束取出至發光元件外部，乃 目前半導體發光元件之重要的改善問題。在習知技術中， 研發人員使用透明電極，俾便發光層朝向上方發出之光束 不致於在傳播至外界的路徑上受到阻礙物阻擋，或對發光 層朝向下方發出之光束，設置反射層俾便將光束反射至上 方。然而，除了向上及向下光束之外，發光層亦向其它方 向發射光束，部分的光束因發生全反射而在發光元件之内 5 1375337 部重複進行反射，最终被發光層本身吸收而衰減消滅，無 法傳播至發光元件之外界。 台灣專利公告第561632揭示一種發光元件，其在基板 之表面部分形成使發光區域產生之光散射或繞射之至少一 個凹部及/或凸部。凹部及/凸部形成半導體層上不產生結晶 缺陷的形狀》另，台灣專利公告第536841揭示一種發光元 件’其係藉由第一層（基板）施行凹凸加工，並使具有與第-一 層不同折射率之第二層埋藏於該凹凸而成長（或在成為成 長基礎的結晶層上，使第一結晶成長為凹凸狀，然後再成 長具有與第一結晶不同折射率的第二結晶）。 【發明内容】 本發明提供一種半導體發光元件，其基板上設置複數 個凸部可以不同角度反射發光結構產生之光束俾便提昇取 光效率。 本發明之半導體發光元件之一實施例包含一基板、設 置於該基板上方之一第一導電型半導體層、設置於該第一 導電型半導體層上方之一發光結構、以及設置於該發光結 構上方之一第二導電型半導體層。該基板包含一上表面以 及複數個設置於該上表面之凸部，該凸部包含一頂面、複 數個壁面以及複數個斜面’其中該斜面係夾置於該頂面與 該些壁面之間。該凸部之壁面、斜面及頂面的傾斜度不同 ，因此可以不同角度反射發光結構產生之光束。如此，即 可大幅地降低該發光結構產生之光束在該半導體發光元件 之内部重複進行反射’因而得以避免該光束被該發光結構 6 1375337 本身吸收而衰減消滅，俾便提昇取光效率。 本發明之半導體發光元件之另一實施例包含一基板、 設置於該基板上方之一第一導電塑半導體層、設置於該第 一導電型半導體層上方之一發光結構、以及設置於該發光 結構上方之一第二導電型半導體層。該基板包含一上表面 以及複數個設置於該上表面之凸部。該凸部包含具有複數 個分支之一脊部、失置於該些分支間之複數個壁面、以及 設置於該分支之一末端的複數個斜面，其鄰近該基板之上 表面。該凸部之脊部、壁面、斜面及頂面的傾斜度不同， 因此可以不同角度反射發光結構產生之光束。如此，即可 大幅地降低該發光結構產生之光束在該半導體發光元件之 内部重複進行反射，因而得以避免該光束被該發光結構本 身吸收而衰減消滅，俾便提昇取光效率。 上文已相當廣泛地概述本發明之技術特徵及優點，俾 使下文之本發明詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本發明 之申請專利範圍標的之其它技術特.徵及優點將描述於下文 。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當 容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設 計其它結構或製程而實現與本發明相同之目的。本發明所 屬技術7員域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無 法脫離後附之中請專利範圍料定之本發明的精神和範圍 0 【實施方式】 圖1至圖3例示本發明第—實施例之半導體發光元件10 7 之杀意圖。參考圖1，該半導體發光元件10包含一基板12 、設置於該基板12上方之一 N型半導體層14、設置於該N型 半導體層14上方之一發光結構16、設置於該發光結構16上 方之一 P型半導體層18、設置於該p型半導體層18上方之一 接觸層20 '設置於該接觸層2〇上方之一導電透光層22、設 置於該N型半導體層14上之一第一電極24、以及設置於該導 電透光層22上方之一第二電極26。 參考圖2及圖3，在本發明之一實施例中，該基板12包 含一上表面12A以及複數個設置於該上表面12A之凸部30 。該凸部30包含一頂面32、三個壁面34以及三個斜面36， 其中δ亥斜面36係夾置於該頂面32與該些壁面34之間。該壁 面34與該斜面36之傾斜度不同（即與該基板12之上表面12Α 的夹角不同），兩者相連且夾角係介於9〇至180度之間。該 凸部30包含一底面38，具有三個轉角，且該些轉角之連線 係呈弧狀’亦即該壁面34係呈弧狀，俾便將來自該發光結 構16之各種角度的光束予以反射至該發光元件1〇之外部。 如此，即可大幅地降低該發光結構16產生之光束在該半導 體發光元件10之内部重複進行反射，因而得以避免該光束 被5玄發光結構16本身吸收而衰減消滅，俾便提昇取光效率 。特而言之，圖1之基板12的凸部30形狀係沿圖2之I-Ι剖面 線的剖面示意圖。 在本發明之一實施例中，該基板12包含絕緣透光材料 ，例如藍寶石（Sapphire);該Ν型半導體層14、該發光結構 8 1375337 16及該P型半導體層18包含氮化物，例如氮化鋁鎵、氮化鎵 、氮化銦鎵、或是氮化鋁鎵銦；該接觸層2〇包含氮化物， 例如氮化鎂、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化銦鎵、或是氮化鋁 鎵姻；該導電透光層22包含氧化物，例如氧化m、氧化錫 、或是氧化銦錫；該發光結構16可以是量子井（quantum well)或是多重量子井（muit；i_quantum well)。特而言之，該 基板12上之膜層可採用磊晶機台予以製備。 圖4及圖5例示本發明第二實施例之半導體發光元件6〇 之示意圖。參考圖4’該半導體發光元件60包含一基板62 、設置於該基板62上方之一N型半導體層64、設置於該N型 半導體層64上方之一發光結構66、設置於該發光結構66上 方之一 P型半導體層68、設置於該p型半導體層68上方之一 接觸層70、設置於該接觸層7〇上方之一氮化物晶層78、設 置於该氮化物晶層78之一導電透光層72、設置於該N型半導 體層64上之一第一電極74、以及設置於該導電透光層72上 方之一第二電極76。在本發明之一實施例中，該氮化物晶 層78包含複數個凸部78A，俾便增加由發光結構66所產生的 光束亮度，增加該半導體發光元件6〇之發光效益。 參考圖5,在本發明之一實施例中，該基板62包含一上 表面62A以及複數個設置於該上表面62八之凸部8〇。該凸部 80包含一頂面82、五個壁面84以及三個斜面86，其中該斜 面86係夾置於该頂面82與該些壁面84之間。該壁面84與該 斜面86之傾斜度不同（即與該基板62之上表面62八的夾角不 9 同），兩者相連且失角係介於90至18〇度之間。該凸部8〇包 含一底面88’具有五個轉角，且該些轉角之連線係呈弧狀 ，亦即該壁面84係呈弧狀，俾便將來自該發光結構66之各 種角度的光束予以反射至該發光元件6〇之外部。如此，即 可大幅地降低該發光結構66產生之光束在該半導體發光元 件60之内部重複進行反射，因而得以避免該光束被該發光 結構66本身吸收而衰減消滅，俾便提昇取光效率。特而言 之’圖4之基板62的凸部80形狀係沿圖5之II-II剖面線的剖 面示意圖。 在本發明之一實施例中，該基板62包含絕緣透光材料 ’例如藍寶石（Sapphire);該N型半導體層64、該發光結構 66及該P型半導體層68包含氮化物，例如氮化鋁鎵、氮化鎵 、氮化銦鎵 '或是氮化鋁鎵銦；該接觸層7〇包含氮化物， 例如氮化鎂、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化銦鎵、或是氮化鋁 鎵銦；該導電透光層72包含氧化物，例如氧化銦、氧化錫 、或是氧化銦錫；該發光結構66可以是量子井或是多重量 子井。特而言之，該基板62上之膜層可採用磊晶機台予以 製備。 圖6至圖8例示本發明第三實施例之半導體發光元件 100之示意圖。參考圖6,該半導體發光元件丨00包含一基板 112、設置於該基板ι12上方之一 n型半導體層114、設置於 該N型半導體層114上方之一發光結構116、設置於該發光結 構116上方之一？型半導體層118、設置於該!>型半導體層118 10 上方之一接觸層120'設置於該接觸層120上方之一氮化物 晶層128、設置於該氮化物晶層128之一導電透光層122、設 置於該N型半導體層114上之一第一電極124、以及設置於該 導電透光層1 22上方之一第二電極126。在本發明之一實施 例中，該氮化物晶層128包含複數個凹部128A，俾便增加由 發光結構116所產生的光束亮度，增加該半導體發光元件 100之發光效益。 參考圖7及圖8，在本發明之一實施例中，該基板112包 含一上表面112A以及複數個設置於該上表面112A之凸部 130。該凸部130包含一頂面132、一脊部140、複數個壁面 134、以及複數個斜面136。該脊部140具有複數個分支142 ’該些壁面134係夾置於該些分支142之間，該些斜面136 係設置於該分支142之一末端且鄰近該基板112之上表面 112A。在本發明之一實施例中，該脊部14〇包含三個分支ι42 ’該凸部130三個壁面134以及三個斜面136。該凸部130之 頂面132連接該些分支142，亦即夾置於該些分支142之間， 且該頂面132係呈飛鏢狀。特而言之，該脊部13〇之高度大 於該壁面134。 該壁面134與該斜面136之傾斜度不同（即與該基板112 之上表面112A的夾角不同），兩者相連且夾角係介於9〇至 180度之間。該凸部丨30包含—底面138,具有三個轉角，且 該些轉角之連線係呈弧狀，亦即該壁面134係呈弧狀，俾便 將來自該發光結構116之各種角度的光束予以反射至該發 1375337 光元件1 00之外部。如此，即可大幅地降低該發光結構i i 6 產生之光束在該半導體發光元件1〇〇之内部重複進行反射 ’因而得以避免該光束被該發光結構116本身吸收而衰減消 滅，俾便提昇取光效率。特而言之，圖5之基板112的凸部 3 0形狀係沿圖6之III-III剖面線的剖面示意圖。 在本發明之一實施例中，該基板112包含絕緣透光材料 ，例如藍寶石（Sapphire);該N型半導體層114、該發光結構 π ό及該P型半導體層118包含氮化物，例如氮化鋁鎵、氮化 鎵、氮化銦鎵、或是氮化鋁鎵銦；該接觸層12〇包含氮化物 ’例如氮化鎂、氮化鋁鎵、氮化鎵、氮化銦鎵 '或是氮化 在呂叙銦，該導電透光層122包含氧化物，例如氧化銦、氧化 錫、或是氧化10錫；該發光結構116可以是量子井或是多重 量子井。特而言之，該基板112上之膜層可採用磊晶機台予 以製備。 特而言之’本發明所屬技術領域中具有通常知識者應 瞭解，本發明第一實施例之半導體發光元件1 〇使用之基板 12及凸部30、第二實施例之半導體發光元件60使用之基板 62及凸部80、以及第三實施例之半導體發光元件1 00使用之 基板112及凸部13 0，乃彼此可以替換使用者。 本發明之技術内谷及技術特點已揭示如上，然而本發 明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附 申請專利範圍所界定之本發明精神和範圍内，本發明之教 示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多 12 製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採 用上述二種方式之組合。 此外’本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實 施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步 驟。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於 本發明教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置 、方法或步驟’無論現在已存在或日後開發者，其與本案 實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能， 而達到實質相同的結果，亦可使用於本發明。因此，以下 之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、 物質之成份、裝置、方法或步驟。 【圖式簡要說明】 藉由參照前述說明及下列圖式，本發明之技術特徵及 優點得以獲得完全瞭解。 圖1例示本發明第一實施例之半導體發光元件之剖面 示意圖； ° 圖2例示本發明第一實施例之基板的立體示意圖； 圖3例示本發明第一實施例之基板的電子影像圖； 圖4例示本發明第二實施例之半導體發光元件之剖面 示意圖； ° 圖5例不本發明第二實施例之基板的立體示意圖； 一圖6例示本發明第三實施例之半導體發光元件之剖面 示意圖； 圖7例示本發明第三實施例之基板的立體示意圖；以及 13 1375337 圖8例示本發明第三實施例之基板的電子影像圖。 【主要元件符號說明】

10 半導體發光元件 12 基板 12A 上表面 14 N型半導體層 16 發光結構 18 P型半導體層 20 接觸層 22 導電透光層 24 第一電極 26 第二電極 30 凸部 32 頂面 34 壁面 36 斜面 38 底面 60 半導體發光元件 62 基板 62A 上表面 64 N型半導體層 14 1375337

66 發光結構 68 P型半導體層 70 接觸層 72 導電透光層 74 第一電極 76 第二電極 78 敗化物結晶層 78A 凸部 80 凸部 82 頂面 84 壁面 86 斜面 88 底面 100 半導體發光元件 112 基板 1 12A 上表面 114 N型半導體層 116 發光結構 118 P型半導體層 120 接觸層 122 導電透光層 15 1375337 124 第一電極 126 第二電極 130 凸部 128 氮化物結晶層 128A 凹部 132 頂面 134 壁面 136 斜面 138 底面 140 脊部 142 分支

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 1· 一種半導體發光元件，包含： 第097134801號專利申請案 申請專利範圍替換本(101年3月）

   基板，包含一上表面以及複數個設置於該上表面之 凸#，其中該凸部包含一頂面、複數個壁面、以及複數個 斜面，該複數個壁面夾置於該頂面與該基板之間，該複數 個斜面夾置於該頂面與任兩相鄰的壁面之間； 一第一導電型半導體層，設置於該基板上方； 一發光結構，設置於該第一導電型半導體層上方；以 及 一第二導電型半導體層，設置於該發光結構上方。 2. 根據請求項i之半導體發光元件，其中該壁面與該斜面之 傾斜度不同》 3. 根據請求項1之半導體發光.元件，其中該壁面與該斜面相 連’且夹角係介於90至180度之間。 4. 根據請求項1之半導體發光元件，其中該壁面係呈弧狀。 5. 根據請求項1之半導體發光元件，其中該凸部包含三個斜 面。. 6. 根據請求項1之半導體發光元件，其中該凸部包含三個壁 面。 7. 根據請求項1之半導體發米元件，其中該凸部包含一底 面’具有三個轉角0 8. 根據請求項7之半導體發光元件，其中該些轉角之連線係 呈弧狀。 9_根據請求項1之半導.體發光元件，其中該凸部包含五個壁 面。 1375337 W年3月，修正替換頁 包含一底 ‘根據請求項1之半導體發光元件，其中該凸部 面，具有五個轉角。 11. 根據請求項10之半導體發光元件，其中該些轉角之連線係 呈娘狀。 12. —種半導體發光元件，包含： 一基板，包含一上表面以及複數個設置於該上表面之 凸部，其中該凸部包含： 一脊部、具有複數個分支； 複數個壁面，夾置於該些分支之間；以及 複數個斜面’設置於該分支之一末端，其鄰近該 基板之上表面； 一第一導電型半導體層，設置於該基板上； 一發光結構’設置於該第一導電型半導體層上；以及 一第二導電型半導體層，設置於該發光結構上。 13. 根據請求項12之半導體發光元件’其中該壁面與該斜面之 傾斜度不同。 14·根據請求項12之半導體發光元件，其中該壁面與該斜面相 連。 15·根據請求項12之半導體發光元件，其中該壁面係呈孤狀。 16. 根據請求項12之半導體發光元件，其中該凸部包含三個斜 面。 17. 根據請求項12之半導體發光元件，其中該凸部包含三個壁 面。 18. 根據請求項12之半導體發光元件，其中該凸部包含三個分 支。 坊75337 19扣姑 …月ή日修正替換？ •根據請求項12之半導體發光元件，其中該凸部--! 面’具有至少三個轉角。 20. 根據請求項19之半導體發光元件，其中該些轉角之連線係 呈弧狀。 21. 根據請求項12之半導體發光元件，其中該凸部包含一項 面’連接該些分支。 22·根據請求項21之半導體發光元件，其中該頂面係呈飛録 狀。 • 23·根據請求項12之半導體發光元件，其中該脊部之高度大於 該壁面。