TWI377695B - Photonic crystal light emitting device with multiple lattices - Google Patents

Description

1377695 九、發胡說明·· 頁丨 【發明所屬之技術領域】 本發明係與包括光子晶體結構的半導體發光裝置有關， 該等光子晶體結構具有多重類型的晶格。 【先前技術】 發光二極體（「LED」）係技術先進而且節省的固態光源。 LED能夠可靠地提供高亮度的光，因此過去十年内，已經 在許多的應用中扮演重要角色，包括平板顯示器、紅綠燈 和光學通信等。一 LED包括一正向偏壓p_n接面。當受到電 流驅動時，電子和電洞被注入接面區域之内，其中二者再 結合，並藉由發射光子釋放能量^ LED品質的特徵係，例 如其擷取效率可測量在LED晶片内產生既定數量光子的發 光強度。擷取效率會受到，例如所發射光子的限制，該等 光子在高折射率的半導體介質壁上遭受多重的全内反射。 因此，所發射的光子不會逃脫至自由空間内，而導致較差 的擷取效率（通常低於30%)。 過去三十年來，已提出各種不同的方法，以提高led的 操取效率。提高操取效率的方式包括，例如，#由擴大空 間角的方式’其中所發射的光子可以藉由開發適當的幾何 圖形來逃脫’包括立方形' 圓筒开[金字塔形和類似圓頂 的形狀。但是’此等幾何圖形都不能完全消除全内反射的 損失。 另一個造成損失的來源係因LED與周圍介質之間的折射 率不匹配而造成的反射。雖，然此等損失可以利用抗反射塗 103690-1010323.doc 化年9月ο曰修正替換頁 料來減少，但是反射的完全消除只有在特定光子能量和$ 一入射角度時才能達成。 美國專利第5,955,749號「使用一週期性介電結構的發光 裝置j (授予J. joannopoulos等人）說明一種針對提高掏取效 率之問題的方法。依據美國專利第5,955,749號藉由形成 -完全穿過該發光二極體之該等半導體層的孔晶格，可產 生-光子晶體。孔晶格以一週期性調變的介電常數產生一 介質’以影響光傳播過介質的方式。發光二極體的光子之 特徵在於其光譜或散佈關係，該關係描述能量和該等光子 波長之間的關係。可以標繪該關係，產生由能帶組成的一 光子帶圖表’或由帶隙分開的光子帶。儘管光子帶圖表係 類似於晶體晶格中電子的光譜（如電子帶圖表中所示），但光 子帶圖表與電子帶圖表無關。當光子晶體在LED中形成 時，會影響光在該結構中的傳播方式。因此，若選擇了合 適的晶格間隔，則因全内反射而在該結構中遭到捕獲的光 現在可以逃脫，從而提高LED的擷取效率。此外，替代晶 格亦可減小LED結構中光子模式之體積，從而提高LED之輻 射率或輻射效率。 在探索用於產生光的光子晶體之有效性的成果中，美國 專利第5,955,749號部分地說明一光子晶體裝置的理論結 構。 美國專利第5,955,749號說明一 n摻雜層、一作用層、一p 摻雜層以及形成於此等層中的一孔晶格。然而，美國專利 第5,955,749號之裝置不適合操作，因此並非一 led。首先， 103690-1010323.doc 1377695 :严)劝日修正替換蚜 其中未說明電極，而電極係光子晶體LED(' PXLED」）之成 功操作所必須的。雖然一般LED中電極的製造方法在本技 術中為已知，但就PXLED而言，電極的製造及其對PXLED 操作的影響都不明顯。例如，適當地使電極層的光罩與孔 晶格對齊，可能需要新的製造技術。並且，當電極將所發 射光子中的一部分反射回LED内，並吸收所發射光的另一 部分的時候，電極通常被視為會降低擷取效率。 其次，美國專利第5,955,749號提出要採用GaAs來製造光 子晶體發光裝置。對於製造一般的LED，GaAs的確係方便 而且常用的材料。然而，如S. Tiwari在學術出版社「化合 物半導體裝置物理學」（1992)之所述，GaAs具有約106cm/ 秒的較高表面再結合速度。該表面再结合速度表示二極體 表面上電子與電洞的再結合速率。電子與電洞呈現於LED 的接面區域内，其係分別來自η摻雜層與p摻雜層。當電子 與電洞橫跨電子帶隙再結合時，再結合能量會以光子的形 式發射並且產生光。然而，當電子與電洞透過電子帶隙中 的中間電子狀態再結合時，再結合能量係以熱而不是光子 的形式發射，因此會降低LED的發光效率。在一理想的晶 體中，電子帶隙中應該沒有狀態。並且，在目前的高純度 半導體晶體中，大塊材料的電子帶隙t只有很少的狀態。 然而，在半導體的表面上通常有大量的表面狀態與缺陷狀 態，其中的許多狀態係位於電子帶隙内。因此，靠近表面 的電子與電洞中的一大部分將透過此等表面狀態與缺陷狀 態再結合。此表面再結合產生熱而不是光，使LED的效率 103690-1010323.doc 1377695 川年；月分筠修正替換f 大幅降低。 此問題不會造成一般led結構在效率上的嚴重損失。然 而，PXLED包括大量的孔，因此pXLED具有較一般LED大 得多的表面積。因此，表面再結合可能會使1>又1^1)的效率 降低’低於無光子晶體結構的相同LED的效率，因此使光 子晶體結構的形成沒有意義。由於GaAs具有較高的表面再 結合速度，故其並非製造光子晶體LED的理想候選材料。 此問題的嚴重性在於如下事實，即迄今為止，就申請人的 -® 認識而言，尚無文獻報導在作用區域附近具有光子晶體以 及使用GaAs的以電子方式操作之LED，並聲稱其具有提高 的擷取或内部效率。特定言之，美國專利第5,955,749號未 說明一光子晶體LED的成功操作。而且，美國專利第 5’955,749號未說明光子晶體對發射程序的影響，該影響會 才貝害L E D的内部效率。 雖然光子晶體基於如上所描述的理由，極適合用於光掏 • 取，但存在設計上的問題。一些刊物對已經在半導體板中 形成的孔晶格之實驗進行了說明。在美國光學社團期刊 Β(2000)第17卷之1438頁的文章「來自二維光子帶隙晶體板 之改良自發發射」中，R· K Lee等人已報導提高光子帶隙 中光子能量榻取速率的-種辦法。Lee等人不僅顯示發光設 計中光子晶㈣絲好處，而且赫，光子晶格會影響自 發么射。然而，Lee等人並未顯示怎樣使用此設計來形成並 操作發光裝置。藉由包含雷搞 4<, m 符阳G 3冤極，可採用Lee等人的發光設計 形成光子晶體LED。，缺而，番^

'吻電極的加入貫質上將影響LED 103690-1010323.doc 1377695 *1， '0^3月，修正替換貪

的擷取及自發發射。由於此效果係未知的，故其在led的 設計中不能被忽視。由於Lee等人之設計並未包含此類電 極’故採用該設計所形成的LED的整體特徵並不清楚，其 對Lee等人之設計的有效性提出質疑。此項技術中針對LED 所設什的光子晶體確貫已得到改善。 【發明内容】 依據本發明之具體實施例，一種半導體發光裝置包括一 光子BB體結構，該光子晶體結構係半導體層中之一孔晶 格。S亥光子晶體結構包括多重晶格。在某些具體實施例中， 該裝置包括形成於該等半導體層之一第一區域上之一第一 晶格與形成於該等半導體層之一第二區域上之一第二晶 格。可選擇該第一晶格之參數以使該裝置之總輻射功率最 大化。可選擇該第二晶格之參數以使操取到該半導體堆疊 之一表面上之一 30。錐體中之光最大化。 【實施方式】 圖1與2說明一 III族氮化物光子晶體裝置。在2〇〇4年3月19 曰所申請的序列號碼為10/804,810、標題為「光子晶體發光 裝置」的申請案中已更詳細地說明圖1與2所示裝置已將 該申請案讓渡給本發明之受讓者並以引用方式將其併入本 文中。圖1係該裝置之斷面圖，而圖2係平面圖。該裝置包 括一磊晶結構20，其包括一 n型區域1〇8、作用區域ιΐ2及p 型區域116。區域108' 112及116中的每一個可包括多重具 有相同或不同組成物、厚度及摻雜劑濃度之層。作用區域 112可為（例如）一單一發光層或藉由阻障分開的多重量子 103690-1010323.doc •10- 1377695 Λ降3序^>曰修正替換虿 ___i 井。可藉由反射性P接點12與可選擇的焊接層14來將磊晶層 20焊接於主基板16。可在與裝置層2〇相反的主基板16表面 上形成一可選擇的接點18。藉由在傳統生長基板上生長該 等磊晶層、使該等磊晶層附著於一主基板，接著移除該生 長基板來形成該裝置。 光子晶體122係η型區域108之藉由移除基板所曝光之表 面上所形成之一週期性孔陣列。可在該光子晶體結構上方 _ 形成一可選擇的介電材料11。η接點1〇係形成於η型區域1〇8 中不具有光子晶體結構之一區域上，但η接點丨〇亦可形成於 11型區域1 08之光子晶體區域上。由於光子晶體係形成於一 n 型區域令，故n型材料能夠將來自接點10之電流橫向注入至 光子體122。可透過光子晶體122而從該裝置擷取光，因 此可選擇η接點丨〇之配置以使光子晶體區域最大化。例如， 如圖2所不，η接點1 0可圍繞著光子晶體區域122-i。為了避 免η接點1〇吸收光，可在磊晶材料上、n接點1〇下方植入材 • 料或使用一介電質，或從與n接點1〇相反的區域中移除p接 點12 ’以防止在該區域中產生電流與光。 圖3與4說明圖丨與2所示裝置之性能，其中光子晶體結構 中之β玄週期性孔陣列係一三角形孔陣列。使用時域有限差 刀時域（FDTD)方法來進行此等計算。蟲晶層之厚度係 0.625a，其中a係三角形晶格之晶格常數。孔122_丨下方之磊 晶材料之厚度21為〇.3125&。圖3說明總輻射功率。當總輻 射功率之值大於1時’該裝置顯示出比不具有光子晶體之招 同結構更好的光產生性能。對於該農置而言’所產生的光 103690-J010323.doc 1377695 /〇年3月令曰修正替換頁 $ __ 增加會導致輻射效率提高。圖4說明從該裝置之平面出來而 被擷取到一 30°錐體中之光，該錐體之申心垂直於裝置之表 面。擷取到30。錐體中之光增加表示，不僅所擷取之光增 加，而且所擷取之光的方向性亦增強。依據晶格常數與波 長之比a/A來說明圖3與4。如圖3所示，在a/2 = 0.4處，出現 總輻射功率最大值。然而’在相同的a/ A值處，棵取到3〇。 錐體中之光係局部最小值。而在大約a/ Α==〇 65處，擷取到 30°錐體中之光出現最大值，其中總輻射功率之值係小於 1。因此，總輻射功率與擷取到3〇〇錐體中之光之最佳點出 現在不同的a/λ值處。 依據本發明之具體實施例，一種光子晶體裝置包括多重 類型的晶格。在該裝置之一第一具體實施例中，該等多重 類型的晶格係形成於該裝置之不同區域上。設計至少一光 子晶體結構（本文中將該結構稱作「增強器光子晶體」）以使 總輻射功率（輻射效率）最佳化，且設計至少一光子晶體結構 (本文中將邊結構稱作「擷取器光子晶體」）以使光擷取（擷 取效率）最佳化。 圖5與6說明依據本發明之具體實施例之包括加強器與擷 取器光子晶體之裝置之部分之平面圖。在兩個裝置中，擷 取器光子晶體區域52皆圍繞著加強器光子晶體區域5〇。一 金屬腹板54插入在擷取器與加強器區域中以提供電流給加 強器區域50。 圖7與8說明沿圖5與6所示裝置中的任何一個之軸6〇之兩 個可能的斷面圖。一包括11型區域1〇8、作用區域ιΐ2及ρ型 103690-丨 010323.doc 1377695. … ’〇|年3月6曰修正替換頁 區域m之產晶結構係焊接於一主基板結構μ，其可包括圖 1所示主基板16、焊接層14及接點18。一p接點12係置放於p 型區域116與主基板結構58之間。將該等蟲晶層分成加強器 光子晶體區域50與擷取器光子晶體區域52。 在本發明之某些具體實施例中，較佳地將電流注入到加 強器光子晶體區域50中，而擁取器光子晶體區域52不起電 作用。在圖7與8所示兩裝置中，加強器區域5〇中之光子晶 體係該裝置之磊晶層中所形成之一週期性孔晶格。該等孔 .鲁。係形成於蟲晶層之n型區域中且—般不會延伸到作用區域 112或ρ型區域116中，但在某些具體實施例中，該等孔亦可 延伸到作用區域112或ρ型區域116中。藉由ρ接點12來與作 用區域112之ρ側電接觸，而藉由金屬腹板54來與作用區域 112之η側電接觸，金屬腹板54將電流注入到η型區域 中，其中s亥電流能夠穿過形成光子晶體之孔周圍且在其下 方之η型區域108之連續區域橫向蔓延。 ^ 在圖7所示裝置中，擷取器區域52中的光子晶體係由磊晶 材料形成之一週期性柱體陣列。該等柱體的形成使得η型區 域108斷開。由於電流不能從金屬腹板54、穿過擷取器區域 52中的η型區域108而蔓延，故擷取器區域52不起電作用。 在圖8所示裝置中，擷取器區域52中的光子晶體係採用磊 晶材料形成之一週期性孔陣列。藉由使η型區域1 〇8内所形 成之孔足夠深以至於剩餘η型材料之厚度不足以使來自金 屬腹板54之電流蔓延’或藉由植入擷取器區域52以使其電 阻極高，來實現擷取器區域52之電絕緣。 10369CM010323.doc -13· 1377695 p年;月^0修正替換異 圖9說明圖5與7所示具有加強器與擷取器區域之裝置之 性能之FDTD模型。在圖9之裝置中，加強器區域5〇中之光 子晶體係一三角形孔晶格’其深度為0 78a。該孔晶格下方 之蟲晶材料之厚度為〇.42a。作用區域112係位於該等孔之底 部處。加強器區域50中之孔之半徑為〇.42a。藉由細實線、 依據晶格常數與波長之比a/ Λ來說明該三角形晶格加強器 區域之總輻射功率。藉由粗實線、依據晶格常數與波長之 比來說明擷取到30。錐體中之光。由於藉由加強器區域5〇來 使總輕射功率最佳化，故對於加強器光子晶體而言，合適 的晶格常數係處於總輻射功率曲線上的最大值處。圖9說明 對於上述二角形孔晶格而言’該最大值出現在32 處。在此a/ Λ值處，擷取到3 〇。錐體中之光係相當低的。加 強器區域50將此錐體内所產生的光透過半導體層堆疊發送 給操取益區域5 2。 在圖9之裝置中，擷取器區域52中之光子晶體係一蜂房狀 柱體SB格，其深度為1 25a，係該裝置中之為晶層之總厚 度。該等柱體之半徑為〇.36a。藉由細虛線、依據晶格常數 波長之比a/ 來s兒明s亥蜂房狀晶格加強器區域之總輻射 功率藉由粗虛線、依據晶格常數與波長之比來說明擷取 到30。錐體中之光。由於藉由擷取器區域^來使擷取到3〇。 錐體中之光最佳化’肖取器光子晶體之合耗晶格常數係 處於擷取到30錐體中之光之曲線上的最大值處。擷取器區 域5 2.纟二由半導體堆疊來接收來自加強器區域之光並對從 該裝置結構出去之光進行重新定向。圖9說明對於上述蜂房 103690-10l0323.doc 1377695 Λ咩5月3日修正替換頁 狀孔晶格而言，該最大值出現在a/A=〇 45處。在此a/Λ值處， 總輻射功率係可接受的。 該裝置中加強器與擷取器光子晶格之最佳覆蓋區域係由 LED材料之内部量子效率（7iqe)來決定。此處假設，内部量 子效率係輻射效率與注入效率之乘積且注入效率係 100〇/〇。從下式給出的LED之功率，可導出加強器與操取器 區域之最佳面積： p = Cext * 7IQE * J * A * (hv/q)(l) 其中cext係擷取效率、；；IQE係内部量子效率、j係電流密 度、A係晶片之面積及hv/q係光子能量。假設，當與不具有 光子晶體結構之裝置比較時，僅具有一單一光子晶體晶格 之裝置顯示出，僅擷取效率（Cext)提高，而71QE (TRp〜1)未 尚。因此： pi = Cextl * ；7IQE1 * J, * A, * (hv/q)! (2) 其中下標「1」表示光子晶體裝置具有一個晶格。 其次假設’在一具有兩個晶格之裝置中，擷取器所使用 的光子晶體晶格與具有單一晶格之光子晶體裝置中所使用 的晶格相同，因此cextl = cext2。下標「2」表示光子晶體裝 置具有兩個晶格》另外假設，加強器區域使…奸提高到 100°/〇。由於電流注入與光的產生僅發生在加強器區域中， 故A2-Aenhancer。此外，具有兩個晶格之裝置之總面積等於 具有單一晶格之裝置之總面積，A丨=At〇tai。電流密度與光子 能$係相同的。如此： P2=Cextl * J! * Aenhancer * (hv/q), (3). 103690-1010323.d〇« -15- ^//695 t奶日修正替換頁 為了在相同電流密度下，使具有兩個曰曰 單一晶格之裝置有改善’使Ρ2>Ρι。使用以上等式（2)與（3)， 可得出此式：

Aenhancer/Atota】> 71QE (4), 因此，加強器之面積係在引入光子晶體之前、由裝置材 料之WQE來決定。具有多重晶格之裝置採用⑺卯小於ι〇〇% 的裝置材料，例如III族氮化物材料。隨著⑺QE增加，<…ncer 亦增加。加強器光子晶體區域5〇之尺寸可為加強器光 體晶格之大小5至20個單位晶胞。單位晶胞係最小特徵分 組，可使用單位晶胞來重構整個結構。例如，三角形晶格 之單位晶胞係三個三角形的孔。在某些具體實施例中每 一加強器光子晶體區域之最長的橫向尺度係小於大約5微 米。 圖12係一具有加強器與擷取器光子晶體區域及一金屬接 觸腹板之裝置之一部分之平面圖。該裝置已藉由主要金屬 跡線23(橫跨該裝置載送電流）而分成了子區段。主要跡線η 厚得足以支撐大電流密度，而不會出現電故障，例如主要 跡線23中材料之電遷移。主要跡線23之寬度可為1〇至2〇 μιη、厚度可為至少3 μιη，且可包含抗電遷移之材料。次要 跡線22係位於主要跡線23所形成之子區段内，其载送主要 跡線23之電流之一部分。次要跡線22比主要跡線23窄使 得加強器區域50與擷取器區域52之位置彼此很接近。次要 跡線22比主要跡線23窄（例如，1至5 μπι)且薄（例如，小於3 μιη)。次要跡線22可為反射性的且可包含Ag與Ai中的任何 I03690-I0I0323.doc -16· ^/7695 句年）物修正替換頁 主要跡線23具有在20與250 μιη之間之一間距24，該 取決於在不損壞次要跡線22之條件下可分到子區段中 ' 之電流。

加強益光子晶體區域50與搁取器光子晶體區域52中之晶 格^特徵取決於單位晶胞、孔之直徑d、晶格常數a(其測量 八1最近之扎中心間之距離)、孔之深度w、孔中所置放的 1电^之介電常數〜及形成孔之半導體材料之介電常數 參數a'd、w、q及~會影響該等帶之狀態的密度，特 =，之會衫響位於光子晶體之光譜之帶邊緣的狀態之密 ::從而參數a、d、W及q會影響藉由裝置所發射的輻射圖 ”。並可被選擇成用於提高裝置的擷取效率。擷取器與加 2咨光子晶體單位晶胞之可能範例包括三角形、正方形、 ，—、邊形、蜂房狀或其他熟知的二維類型的晶格。在某些且 2實施例中，可使用—維晶格，例如格栅。形成料晶體 :構之孔可具有圓形、正方形、六邊形或其他形狀的斷面。 某：具體實施例令，晶格常數a之範圍在0·"與HU之 1冰度w之|&圍一般可高達至]1形區域⑽之總厚度，但在 =具體實施例中，孔叫可延伸到作用區域ιΐ2及/或p形 品' 116中，及直控化範圍在〇上與❹上之間。 可選擇加強器與掏取器區域中之晶格參數以提高加強器 先產生及擷取器區域中之光擷取。加強器或擷取 變化從而影響該裝置之性能之晶格參數之範例 括日日格予數a、丨、、穿痒， 7| . 孔，木度W、孔直徑d、晶格類型、介電常數 C h及半導體材料之介雷受蚩} ”叶之，丨電在加強器與擷取器區域 103690-1010323.doc 1377695 中：^上曰曰格參數中的任何一個可相同或不同β 圖13、14與15說明本發明之具有一單一棟取器區域一 早一加強器區域及一單一接點（不同於圖5、6與12所示接觸 腹板)之裝置之替代具體實施例。在圖。與Μ所示裝置中， 包括-第三光子晶體區域，即反射器區域3〇。在加強器區 域50中V,產生光子時有較高的内部效率。接點54係放置於 加強器區域50之一部分之頂部上以電操作該裝置。加強器 區域50中所產生的光可傳播到操取器區域中、圖η中加 強斋區域50之中心中或圖14中加強器區域50之側處。反射 器區域30圍繞著加強器區域5〇與擷取器區域52。可經由半 導體層堆豐使人射到反射H區域3G上的任何光重新定向回 加強器區域50中。反射器區域3〇可防止所產生的光損失， 從而確保光最終傳播賴取龍域52中。形成此等區域中 的每一個時，可使其所具有的光子晶體結構採用不同的晶 格常數、晶格類型、深度及填充因數以提供合適的光學特 性。 在圖15所示裝置中，擷取器區域52圍繞著加強器區域 50，因此不需要反射器區域。傳播到加強器區域％外部的 所有光皆進入擷取器區域52 ’從此處可逃離該裝置。 在具有多重晶格之光子晶體LED中’從加強器區域耦合 至擷取器區域的光越多，該裝置之效率就越高。若擷取器 區域與加強器區域之晶格常數接近且晶格類型係相同的， 則一般存在高效的光耦合。在某些具體實施例中藉由— 耦合結構可改善從加強器區域至擷取器區域之光耗人。麵 103690-1010323.doc •18· 1377695 α ’ΰ㈣利日修正替換頁 :結構之一範例係置放於加強器區域與擷取器區 耦合晶格。設計該搞合晶格係為了增強輕合。例如若 加強器區域與掘取器區域所具有的三角形晶格之晶格常數 不同，則麵合晶格可具有-遞級晶格常數，其從加強器之 晶格常數逐漸變為擷取器之晶格常數。耦合結構之另一範 例係位於加強器與擷取器區域之間之一不具有光子晶體之 間隙。可選擇該間隙之大小以使光耦合較高。 圖10說明一種形成一包括加強器與擷取器光子晶體區域 之光子晶體裝置之方法。在一生長基板上方生長一包括η 形區域108、作用區域112及ρ型區域116之磊晶結構72。在ρ 型區域116之表面上形成一ρ接點12，接著將該磊晶結構焊 接於一主基板結構58。將生長基板移除，留下磊晶結構之 一已曝光表面（通常為η形區域1〇8)。在圖10之階段7〇中，在 磊晶結構72之表面上沈積一第一光罩層74，接著將對應於 加強器區域50中要形成之光子晶體結構之圖案化。擷取器 區段52保持全部由光罩層74覆蓋。接著蝕刻加強器區段5〇 之光子晶體結構’如階段71中所示，並將該第一光罩層74 移除。在對應於擷取器區域52中要形成之光子晶體結構之 圖案化中沈積一第二光罩層76。加強器區段5〇保持由光罩 層7 6覆盍。接耆敍刻榻取器5 2之光子晶體結構，留下階段 73中所示裝置。可使用高解析度的微影技術，例如電子束 微影技術、奈米壓印微影技術、深X射線微影技術、干涉微 影技術、熱壓或微接觸印刷，來圖案化光罩層74與76。光 罩層一經圖案化’就可使用熟知的蝕刻技術來蝕刻光子晶 103690-10J0323.doc •19· 1377695 月❹修正 體結構。在2002年1月28日所申請 10/059,588、標題為「使用光子晶體結構之LED之效率」的 申請案中已更詳細地說明用於形成光子晶體結構之技術， 已將該申§青案讓渡給本申請案之受讓者並以引用方式將其 併入本文中。可在於加強器與擷取器區域中形成該等光子 晶體之後，形成金屬腹板54。 在某些具體實施例中，擷取器與加強器光子晶體區域中 之蠢晶層72之厚度可不同。在此類具體實施例中，在圖】〇 所示方法中，可在階段70之前，使磊晶層72表面圖案化並 進行钱刻以形成具有不同厚度之加強器與操取器區域。 圖11說明一種形成一包括加強器與擷取器光子晶體區域 之光子晶體裝置之替代方法。在圖丨丨所示裝置中，將加強 器光子晶體區域50埋入該裝置内，而不是如圖1〇所示形成 於該裝置之表面上。在圖11之階段8〇中，在一生長基板 上生長磊晶層72。藉由以上所列出之技術中的一個來形成 加強器光子晶體區域50 ^接著透過p接點12，將磊晶層72 之包括加強器光子晶體50之表面焊接於一主基板58。移除 生長基板85,留下階段82中所示結構。接著使磊晶層”變 薄。接著藉由以上所列出之技術中的一個在磊晶層中形成 掘取器區域52,從而得到階段84中所示裝置。儘管圖⑽ 示裝置中，首先形成加強器區域5〇且因此將其埋入該裝置 内，但在某些具體實施例中，可首先形成擷取器區域5;且 將其埋入該裝置内，而加強器區域5〇係形成於該裝置之一 表面上。 103690-1010323.doc -20- 1377695 W年厂月0赴修正替換頁 在本發明之一第二具體實施例中，準晶體中該裝置之相 同區域包含多重類型的晶格◊圖16與17說明形成一準晶體 之孔配置之兩個範例。如圖16與17所示，準晶體係位於由 ‘ 正方形31與三角形環形成之—重複圖案之頂點上之-孔 圖案。該重複圖案常被稱作阿基米德晶格或潘羅斯究碑。 準晶體之晶格常數a係重複目帛中之三角％或正方形之側 長。準晶體光子晶體之晶格常數&及其他參數，例如孔深度 /、直拴，可具有與上述其他光子晶體晶格相同的範圍。裝 置可併入-準晶體作為該裝置中唯一的光子晶體，或如上 所述，準晶體晶格可用作一加強器、摘取器或反射器區域。 已詳細說明本發明，熟習此項技術者應明白，在提供該 ，示方案的情況下，可對本發明進行修改而不脫離本文所 Λ明的發明概念之精神。因此並不希望本發明之範疇限於 所解釋及說明的特定具體實施例。 【圖式簡單說明】 • 目1與2係具有一單一光子晶體結構之一光子晶體發光裝 置之斷面圖與平面圖。 圖3依據晶格常數與波長之比^來說明圖_所示裝置 之總輻射功率。 圖顿據晶格常數與波長之比a/A來說明掏取到3〇。錐體 圖-6係包括加強器光子晶體區域與摘取器光子晶體區 域之光子晶體發光裝置之平面圖。 圖7與8係沿圖5與6所示裝置中的任何一個之軸6〇之斷面 103690-I0l0323.doc •21· 1377695 ΛΗ年3月Θ日修正鲁換頁

圖》 --—.—I 圖9說明圖5與7所示裝置之依據晶格常數與波長之比之 總輻射功率與擷取到30。錐體中之光。 圖10Α至10C及圖11Α至11C說明製造圖5、6、7及8所示裝 置之方法。 圖12說明一包括加強器光子晶體區域、擷取器光子晶體 區域及一接觸腹板之裝置。 圖13與14說明包括加強器光子晶體區域、擷取器光子晶 體區域及反射器光子晶體區域之裝置。 圖15說明具有一單一加強器區域及一單一擷取器區域之 一裝置。 圖16與17說明準晶體光子晶體。 【主要元件符號說明】 10 η接點 11 介電材料 12 Ρ接點 14 焊接層 16 主基板 18 接點 20 屋晶結構 21 磊晶材料 22 次要跡線 23 主要跡線 24 間距 103690-1010323.doc -22- 1377695 心i年Μθ日修正替換頁

30 反射器區域 31 正方形 32 三角形 50 ' 52 區域 54 接點/金屬腹板 58 主基板結構 60 轴 70 、 71 、 73 、 80 、 82 、 84 階段 72 蟲晶結構 74 第一光罩層 76 第二光罩層 85 生長基板 108 η型區域 112 作用區域 116 ρ型區域 122 光子晶體 122-i 孔 103690-1010323.doc -23-

Claims (1)

1. 、申請專利範圍： 一種半導體發光裝置，其包含： -半導體堆疊’其包括置放於一 0型區域與1型區域 之間之一發光層； 一光子晶體結構，其係形成於該半導體堆疊之至少一 部分中，該光子晶體結構包含位於該堆疊中之一孔晶格 (lattice of hole)； 一接點，其電連接至該堆疊； 其中該光子晶體結構包括至少兩不同晶格； 一第一孔晶格係形成於該堆疊之一第一區域内； 一第二孔晶格係形成於該堆疊之一第二區域内；及 该接點及該第一晶格與該第二晶格經組態以當該裝置 順向偏壓時，該接點將電流僅注人到該第—區域與該第 二區域之一者中。 2 ·如月长項1之裝置，其中該發光層係一 m族氮化物層。 3. 如。月求項1之裝置，其中該等至少兩不同晶格係不同的晶 格類型。 4. 如β求項1之裝置，其中該等至少兩不同晶格具有不同的 晶格常數。 5. 如明求項1之裝置，其中該第一晶格之一晶格常數對應於 β玄裝置之輕射功率對晶格常數之一標繪圖中之一局部最 大值。 6. 如請求項1夕, &裝置，其中該第二晶格之一晶格常數對應於 擷取丨°亥堆豐之一表面上之一 30。錐體中之光對晶格常數 103690-1010323.doc ^ 月修正替換頁 之一“繪圖中之一局部最大值。 -—- 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 如明求項1之裝置，其中該第二晶格之一晶格常數對應於 光擷取對晶格常數之—標繪圖中之一局部最大值。 如吻求項1之裝置，其中配置該等第一與第二孔晶格使得 該第區域中所產生之光之至少一部分係透過該半導體 堆疊朝向該第二區域。 月长項1之裝置，其中該等第一與第二晶格係形成於該 堆疊之同一表面上。 如凊求項1之裝置’其中該第一晶格係形成於該堆疊之一 頂面上，而該第二堆疊係形成於該堆疊之一底面上。 月’托項1之裝置，其中該第一區域係鄰近於該第二區 域。 月长項1之裝置，其中該第一區域圍繞著該第二區域。 如-月求項12之裝置，其進一步包含圍繞著該第二區域之 一第—接點。 如之裝置’其中該第—晶格具有—單位晶胞且該 第區域之寬度為該第一晶格之5至20個單位晶胞。 长項1之裝置，其中該第一區域之寬度小於大約5微 米。 •項1之裝置，其中該第一晶格與該第二晶格中的一 個包含-三角形、正方形、六邊形及蜂房狀晶格中的一 個。 求項1之裝置，其中該第一晶格與該第二晶格中的一 個包含置放於由正方形與等邊三角形所形成之一重複圖 103690-1010323.doc U//695 案之項點上之-孔配置。 18·如請求項丨之裝置，其進-步包含： 19.如晶袼，其係形成於該堆疊之-第三區域上。 第二區域之裝置’其中該第三區域園繞著該等第—與 2〇 項18之裝置，其中該第三晶格係配置成將該第一 半°導許該第二區域中之一個區域中所發射之光反射到該 牛導體堆疊中。 21·:!，項18之裝置，其中該第三區域係置放於該第-區 笛一 f第一區域之間且該第三孔晶格係配置成將來自該 第一區域之光耦合至該第二區域。 22· 月求項i之裝置’其中介電材料填充該第一孔晶格與該 第一孔晶格中之該等孔’其中該等至少兩不同晶格採用 不同介電常數填充該等孔。 23·如請求t之裝置’其中該第-區域之一介電常數與該第 二區域之一介電常數不同。 如。月求項！之裝置’其中該等至少兩不同晶格具有不同的 孔直徑。 25·如凊求項i之裝置’其中該等至少兩不同晶格具有不同的 孔深度。 26·如請求们之裝置，其進一步包含一覆蓋該堆疊之金屬腹 板。 27.如請求項26之裝置，其中該金屬腹板包含： 複數個主要跡線；及 103690-1010323.doc 1377695 4ί年爹月yj«修正替換頁 複數個次要跡線，其中： 該等主要跡線之寬度為10至20 μιη; 該等次要跡線之寬度為1至5μπι ;及 ， 該等主要跡線之間隔距離在20與250 μπι之間。 - 28.如請求項1之裝置，其中多於一個晶格係包含於該第一區 域及該第二區域之一者。

   103690-10l0323.doc -4- 1377695 1年J月Θ曰修正替換頁 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 10 η接點 11 介電材料 12 Ρ接點 14 焊接層 16 主基板 18 接點 20 蟲晶結構 21 蟲晶材料之厚度 108 η型區域 112 作用區域 112-i 子L 116 ρ型區域 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 103690-1010323.doc