TWI693726B - 微型發光元件及微型發光元件結構 - Google Patents

微型發光元件及微型發光元件結構 Download PDF

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Abstract

一種微型發光元件包括磊晶結構、第一電極以及第二電 極。磊晶結構具有多個第一缺陷密度區、多個第二缺陷密度區以及彼此相對的第一表面與第二表面。多個第一缺陷密度區與多個第二缺陷密度區交替排列於第一表面與第二表面之間。各第一缺陷密度區的缺陷密度低於各第二缺陷密度區的缺陷密度，且多個第一缺陷密度區的數量為至少十個。磊晶結構更包括發光層、設置在發光層相對兩側的第一型半導體層與第二型半導體層。第一電極與第二電極分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層。一種採用微型發光元件的微型發光元件結構亦被提出。

Description

微型發光元件及微型發光元件結構
本發明是有關於一種發光元件及發光元件結構，且特別是有關於一種具磊晶結構的微型發光元件及微型發光元件結構。
近年來，在有機發光二極體(Organic light-emitting diode，OLED)顯示面板的製造成本偏高及其使用壽命無法與現行的主流顯示器相抗衡的情況下，微型發光二極體顯示器(Micro LED Display)逐漸吸引各科技大廠的投資目光。除了低耗能及材料使用壽命長的優勢外，微型發光二極體顯示器還具有優異的光學表現，例如高色彩飽和度、應答速度快及高對比。
然而，在微型發光二極體的製作過程中，由於磊晶材料(例如氮化鎵)的晶格常數與長晶用的基板(例如藍寶石基板)的晶格常數不匹配，致使磊晶結構層中易形成螺旋差排缺陷(threading dislocation)，且此類缺陷的分布位置都是隨機的。因此，當這類磊晶結構層應用在多個微型發光元件時，其差排缺陷的分布不均易造成這些微型發光元件各自的發光波長不同，導致 微型發光元件顯示裝置的顯色不均。
本發明提供一種微型發光元件結構，其顯色的均勻性較佳。
本發明提供一種微型發光元件，其出光均勻度佳。
本發明提供一種微型發光元件，其磊晶結構的差排缺陷的分布較規律且均勻。
本發明的微型發光元件結構，包括圖案化基板、磊晶結構、第一電極以及第二電極。圖案化基板包括基材與多個立體圖案。這些立體圖案與基材一體成型，且這些立體圖案彼此分離地排列於基材上。磊晶結構配置於圖案化基板上且具有多個第一缺陷密度區與多個第二缺陷密度區。這些第一缺陷密度區分別對應這些立體圖案。各第一缺陷密度區的缺陷密度低於各第二缺陷密度區的缺陷密度，且這些第一缺陷密度區的數量為至少十個。磊晶結構更包括發光層、設置在發光層相對兩側的第一型半導體層與第二型半導體層。第一電極與第二電極分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的任一第二缺陷密度區的缺陷密度與任一第一缺陷密度區的缺陷密度的比值大於等於10。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的多 個立體圖案各自具有底寬與高度，而高度與底寬的比值介於0.2至0.9之間。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的任兩相鄰的立體圖案之間具有間隔，且間隔小於等於0.5微米。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的發光層包括多個第一部分與多個第二部分。多個第一部分位於多個第一缺陷密度，多個第二部分位於多個第二缺陷密度區。多個第一部分具有第一厚度，多個第二部分具有第二厚度，且第一厚度大於第二厚度。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的各立體圖案為凸起結構。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的多個第一部分各自具有第一摻雜金屬濃度，多個第二部分各自具有第二摻雜金屬濃度，且第一摻雜金屬濃度高於第二摻雜金屬濃度。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的磊晶結構的多個第一缺陷密度區在一方向上排列的數量為至少十個。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的至少部分第一缺陷密度區與至少部分第二缺陷密度區沿方向交替排列於圖案化基板上。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的第一缺陷密度區的螺旋差排缺陷數量為一個以上，第二缺陷密度區 的螺旋差排缺陷數量為兩個以上。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件結構的任兩相鄰的立體圖案之間具有間距，此間距大於500奈米且小於等於2500奈米。
本發明的微型發光元件，包括磊晶結構、多個立體圖案、第一電極以及第二電極。磊晶結構具有彼此相對的第一表面與第二表面以及多個第一缺陷密度區與多個第二缺陷密度區。多個立體圖案與磊晶結構一體成型且彼此分離地排列於第一表面上。這些第一缺陷密度區分別對應這些立體圖案。各第一缺陷密度區的缺陷密度低於各第二缺陷密度區的缺陷密度，且這些第一缺陷密度區的數量為至少十個。磊晶結構更包括發光層、設置在發光層相對兩側的第一型半導體層與第二型半導體層。第一電極與第二電極分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的第一電極與第二電極分別透過第一表面與第二表面電性連接磊晶結構，且第一電極的上表面共形於磊晶結構的第一表面。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的磊晶結構的第一表面的粗糙度大於磊晶結構的第二表面的粗糙度。
在本發明的一實施例中，上述的微型發光元件的各立體圖案為凹陷結構。
本發明的微型發光元件，包括磊晶結構、第一電極以及第二電極。磊晶結構具有彼此相對的第一表面與第二表面、多個 第一缺陷密度區以及多個第二缺陷密度區。這些第一缺陷密度區與這些第二缺陷密度區沿一方向交替排列於第一表面與第二表面之間。各第一缺陷密度區的缺陷密度低於各第二缺陷密度區的缺陷密度，且這些第一缺陷密度區的數量為至少十個。磊晶結構更包括發光層、設置在發光層相對兩側的第一型半導體層與第二型半導體層。第一電極與第二電極分別電性連接第一型半導體層與第二型半導體層。
基於上述，在本發明一實施例的微型發光元件與微型發光元件結構中，磊晶結構具有多個交替排列的第一缺陷密度區與第二缺陷密度區，且第一缺陷密度區的缺陷密度低於第二缺陷密度區的缺陷密度。透過這些第一缺陷密度區的數量為至少十個，可讓磊晶結構的差排缺陷分布較為規律且均勻，進而提升微型發光元件的出光均勻度以及微型發光元件結構的顯色均勻性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1:微型發光元件結構
10、10A、11、12:微型發光元件
50、50A、50B:圖案化基板
50s、151As、151Bs:上表面
51:基材
52、52A、52B、111:立體圖案
100、100A、100B:磊晶結構
100s1、100s1R:第一表面
100s2:第二表面
110、110A:第一型半導體層
120:發光層
120a:第一部分
120b:第二部分
121:能井層
122:能障層
130:第二型半導體層
151、151A、151B:第一電極
152:第二電極
160:絕緣層
DM:摻雜金屬
DR1:第一缺陷密度區
DR2:第二缺陷密度區
H:高度
P:間距
S:間隔
TD:螺旋差排缺陷
T1:第一厚度
T2:第二厚度
W:底寬
X、X1、X2、X3、Z:方向
圖1是本發明一實施例的微型發光元件結構的剖面示意圖。
圖2是圖1的微型發光元件結構的局部區域的放大示意圖。
圖3是圖1的微型發光元件的剖面示意圖。
圖4A是本發明另一實施例的圖案化基板的局部區域的立體 示意圖。
圖4B是本發明又一實施例的圖案化基板的局部區域的立體示意圖。
圖5是本發明另一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
圖6是本發明又一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
圖7是本發明再一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。
現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1是本發明一實施例的微型發光元件結構的剖面示意圖。圖2是圖1的微型發光元件結構的局部區域的放大示意圖。圖3是圖1的微型發光元件的剖面示意圖。特別說明的是，為清楚呈現起見，圖1省略了圖2的能井層121、能障層122與摻雜金屬DM的繪示。請參照圖1，微型發光元件結構1包括圖案化基板50與磊晶結構100。磊晶結構100配置於圖案化基板50上。詳細而言，圖案化基板50包括基材51與多個立體圖案52，且多個立體圖案52係沿方向X排列於基材51上。在本實施例中，基材51為適於磊晶成長的基板，例如是藍寶石(sapphire)基板、矽晶圓(silicon wafer)基板、碳化矽(silicon carbide)基板或高分子基板，但本發明不限於此。
進一步而言，多個立體圖案52與基材51為一體成型。亦即，立體圖案52與基材51為相同材質且無縫連接。舉例來說，立體圖案52為自基材51凸起的圓弧狀凸起結構，使後續磊晶製程中，易於產生對應凸起結構的多個第一缺陷密度區DR1，但本發明不以此為限。在本實施例中，立體圖案52在方向X與方向Z上分別具有底寬W與高度H，且立體圖案52的底寬W可選擇性地大於立體圖案52的高度H，但本發明不以此為限。根據其他實施例，立體圖案52的底寬W也可小於立體圖案52的高度H。
在一較佳的實施例中，立體圖案52的底寬W可介於0.1微米至2.5微米之間，而高度H可介於10奈米至1500奈米之間，有助於提升磊晶結構100的出光效率。在另一較佳的實施例中，立體圖案52的高度H與底寬W的比值可介於0.2至0.9之間。當高度H與底寬W的比值大於0.9時，會使後續形成在此圖案化基板50上的磊晶結構出現過多的缺陷而導致其出光效率的下降。反之，當高度H與底寬W的比值小於0.2時，則會無法提升後續形成在此圖案化基板50上的磊晶結構的出光效率。
另一方面，任兩相鄰的立體圖案52之間具有間隔S及間距P，且此間隔S可小於等於0.5微米，以及此間距P可大於等於500奈米且小於等於2500奈米，使形成在圖案化基板50上的磊晶結構100具有較佳的出光效率。在本實施例中，任兩相鄰的立體圖案52的間隔S可選擇性地小於立體圖案52的底寬W。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，任兩相鄰的立體圖案52的間 隔S也可大於立體圖案52的底寬W。特別說明的是，在本實施例中，立體圖案52的數量係以十個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以此為限制，根據其他實施例，立體圖案52的數量也可以是十一個以上。
進一步而言，磊晶結構100具有相對的第一表面100s1與第二表面100s2，且磊晶結構100透過第一表面100s1與圖案化基板50連接。換句話說，磊晶結構100的第一表面100s1可共形於圖案化基板50的上表面50s，但本發明不以此為限。磊晶結構100還具有多個第一缺陷密度區DR1與多個第二缺陷密度區DR2，且這些第一缺陷密度區DR1對應上述的多個立體圖案52。更具體地說，這些第一缺陷密度區DR1在基材51的法線方向(即方向Z)上分別重疊於上述的多個立體圖案52，且任兩相鄰的第一缺陷密度區DR1之間設有一個第二缺陷密度區DR2。從另一觀點來說，上述的這些立體圖案52大致上可定義出磊晶結構100的多個第一缺陷密度區DR1，而多個第一缺陷密度區DR1與多個第二缺陷密度區DR2係沿方向X交替排列於圖案化基板50上(如圖2所示)。
另一方面，第一缺陷密度區DR1的缺陷密度(dislocation density)低於第二缺陷密度區DR2的缺陷密度。舉例來說，在本實施例中，第一缺陷密度區DR1所占空間的體積大於第二缺陷密度區DR2所占空間的體積，且位於第一缺陷密度區DR1的螺旋差排缺陷(threading dislocation)TD的數量少於位於第二缺陷密度 區DR2的螺旋差排缺陷TD的數量。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，第一缺陷密度區DR1所占空間的體積也可小於第二缺陷密度區DR2所占空間的體積或位於第一缺陷密度區DR1的螺旋差排缺陷TD的數量大於位於第二缺陷密度區DR2的螺旋差排缺陷TD的數量，只要第一缺陷密度區DR1的缺陷密度低於第二缺陷密度區DR2的缺陷密度即可。在一較佳的實施例中，任一第二缺陷密度區DR2的缺陷密度與任一第一缺陷密度區DR1的缺陷密度的比值可大於等於10，藉此可平均分散磊晶層中的應力，改善後續製程的磊晶品質，提升發光均勻度。
舉例來說，在一實施例中，形成在以藍寶石為基材51的圖案化基板50上的氮化鎵磊晶結構的第一缺陷密度區DR1的缺陷密度介於107(cm-2)至108(cm-2)之間，而第二缺陷密度區DR2的缺陷密度大於等於109(cm-2)。特別說明的是，此處的第一缺陷密度區DR1的缺陷密度也可以是多個第一缺陷密度區DR1的缺陷密度平均值，而第二缺陷密度區DR2的缺陷密度也可以是多個第二缺陷密度區DR2的缺陷密度平均值，本發明並不加以限制。
需說明的是，本實施例所示出的螺旋差排缺陷TD係由磊晶結構100的第一表面100s1延伸至第二表面100s2，但本發明不以此為限。在其他實施例中，部分的螺旋差排缺陷TD僅貫穿發光層120且未延伸至磊晶結構100的第二表面100s2。另一方面，在本實施例中，位於第二缺陷密度區DR2的螺旋差排缺陷TD數量係以一個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以此為限制。 在其他實施例中，位於第一缺陷密度區DR1與第二缺陷密度區DR2的螺旋差排缺陷TD數量也可分別是一個以上與兩個以上，只要位於第一缺陷密度區DR1的螺旋差排缺陷TD密度少於位於第二缺陷密度區DR2的螺旋差排缺陷TD密度即可。
特別說明的是，在本實施例中，磊晶結構100在方向X上排列的第一缺陷密度區DR1的數量係以十個為例進行示範性地說明，但並不表示本發明以此為限制。根據其他實施例，磊晶結構在方向X上排列的多個第一缺陷密度區DR1的數量也可以是十一個以上。更具體地說，本發明的磊晶結構100在垂直於基材51之法線方向(即方向Z)的任一方向(例如方向X)上排列的多個第一缺陷密度區DR1(或者是圖案化基板50的立體圖案52)的數量為至少十個。據此，可讓磊晶結構100的差排缺陷(dislocation)分布較規律且均勻。相反地，倘若第一缺陷密度區DR1(或者是圖案化基板50的立體圖案52)的數量少於十個，磊晶結構100的差排缺陷容易聚集在特定的區域內，導致磊晶結構100的出光均勻度不佳。
進一步而言，磊晶結構100包括第一型半導體層110、發光層120以及第二型半導體層130，其中發光層120夾設於第一型半導體層110與第二型半導體層130之間，且第一型半導體層110與第二型半導體層130分別具有第一表面100s1與第二表面100s2。另一方面，微型發光元件結構1更包括第一電極151與第二電極152，第一電極151與第二電極152分別電性連接第一型半 導體層110與第二型半導體層130。特別說明的是，此處的磊晶結構100、第一電極151與第二電極152可構成一微型發光元件10(如圖3所示)。應可理解的是，在其他實施例中，於圖案化基板上也可同時形成多個微型發光元件10，只要各個微型發光元件10的第一缺陷密度區DR1的數量為至少十個即可，藉此提升各個微型發光元件10的出光均勻度。
在本實施例中，第一電極151與第二電極152係設置在磊晶結構100的同一側。更具體地說，微型發光元件10例如是水平式(lateral type)微型發光二極體(Micro Light-Emitting Diode，Micro LED)元件，但本發明不以此為限。在其他實施例中，微型發光元件也可以是覆晶式(flip-chip type)微型發光二極體。在此所用「微型」發光二極體意指可具有1μm至100μm的尺寸。在一些實施例中，微型二極體可具有20μm、10μm或5μm之一最大寬度。在一些實施例中，微型二極體可具有小於20μm、10μm或5μm之一最大高度。然應理解本發明的實施例不必限於此，某些實施例的態樣當可應用到更大與也許更小的尺度。
請參照圖2，在本實施例中，發光層120包括交替堆疊的多個能井層(well layer)121與多個能障層(barrier layer)122，其中能障層122的能隙大於能井層121的能隙。亦即，本實施例的發光層120為多重量子井(multiple quantum wells)結構。在本實施例中，能障層122的材質例如是氮化鎵(GaN)，而能井層121的材質例如是氮化銦鎵(InGaN)。也就是說，本實施例的能井層 121與能障層122的主要差異在於：能井層121包括額外的摻雜金屬DM(例如銦原子)，且其鎵原子的莫耳百分比不同於能障層122的鎵原子的莫耳百分比。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，能井層121與能障層122也可以是磷化鋁鎵銦(AlGaInP)或其他適當的材料。需說明的是，本實施例的能井層121與能障層122的數量皆以兩個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以此為限制。在其他實施例中，能井層121與能障層122的數量也可各自是三個以上。
由於第一缺陷密度區DR1的缺陷密度小於第二缺陷密度區DR2的缺陷密度，造成發光層120(例如多重量子井結構)位於第一缺陷密度區DR1的第一部分120a的第一厚度T1大於發光層120位於第二缺陷密度區DR2的第二部分120b的第二厚度T2。也因此，摻雜金屬DM(例如銦原子)傾向於分布在具有較大厚度之發光層120(即第一部分120a)的第一缺陷密度區DR1。舉例來說，此處的第一厚度T1可為發光層120位於多個第一缺陷密度區DR1的多個第一部分120a的厚度平均值，而第二厚度T2可為發光層120位於多個第二缺陷密度區DR2的多個第二部分120b的厚度平均值。
從另一觀點來說，發光層120位於多個第一缺陷密度區DR1的多個第一部分120a各自具有第一摻雜金屬濃度，發光層120位於多個第二缺陷密度區DR2的多個第二部分120b各自具有第二摻雜金屬濃度，且第一摻雜金屬濃度高於第二摻雜金屬濃度。值 得一提的是，由於磊晶結構100在方向X上排列的多個第一缺陷密度區DR1(或者是圖案化基板50的立體圖案52)的數量為至少十個，使磊晶結構100的差排缺陷(dislocation)分布較為規律且均勻，進而使大部分的摻雜金屬DM得以平均分散在多個第一缺陷密度區DR1中。據此，可提升微型發光元件10的出光均勻度。
需說明的是，本實施例的圖案化基板50上所形成的磊晶結構100(或微型發光元件)數量係以一個為例進行示範性地說明，但本發明不限於此。在其他實施例中，圖案化基板上也可形成兩個以上的磊晶結構100(或微型發光元件)，只要每個磊晶結構100所重疊的立體圖案52數量為至少十個以上即可。舉例來說，在一實施例中，圖案化基板上的多個立體圖案52數量為104個以上，且這些立體圖案52係以奈米尺度(nano-scale)的間距排列於基材51上。也就是說，此圖案化基板可製作出最多103個的磊晶結構100，且每個磊晶結構100因具有至少十個第一缺陷密度區DR1，而具有較規律且均勻的差排缺陷分布，有助於降低這些磊晶結構100間的發光波長差異。亦即，利用此圖案化基板所製作出來的這些磊晶結構100(或微型發光元件)的發光波長可具有較佳的一致性，有助於提升採用這些磊晶結構100的微型發光元件結構的顯色均勻性。
請參照圖1及圖3，微型發光元件10也可自圖案化基板50上取下而成為獨立構件。此時，磊晶結構100的第一表面100s1設有彼此分離的多個立體圖案111，且這些立體圖案111與磊晶結 構100一體成型。在本實施例中，這些立體圖案111為自第一表面100s1凹入第一型半導體層110的凹陷結構。應當理解的是，這些立體圖案111可對應於圖案化基板50的多個立體圖案52，且第一表面100s1的粗糙度(roughness)大於第二表面100s2的粗糙度。更具體地說，磊晶結構100的第一表面100s1可為一粗糙表面，而第二表面100s2可為一平坦表面。據此，可增加微型發光元件10的出光效率以及出光集中性。
圖4A是本發明另一實施例的圖案化基板的局部區域的立體示意圖。圖4B是本發明又一實施例的圖案化基板的局部區域的立體示意圖。請參照圖4A，本實施例的圖案化基板50A與圖1的圖案化基板50的主要差異在於：立體圖案的構型不同。在本實施例中，立體圖案52A的外輪廓例如是圓錐體，且此圓錐體的構型可使後續形成在圖案化基板50A上的磊晶結構具有較佳的出光效率及出光光型。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，圖案化基板50B的立體圖案52B的外輪廓也可以是圓柱體(如圖4B所示)。在其他未繪出的實施例中，立體圖案的外輪廓也可選自多邊柱體、多邊錐體、其他適當的構型或上述的組合，於此並不加以限制。
在本實施例中，多個立體圖案52A陣列排列於基材51上。更具體地說，這些立體圖案52A分別沿方向X1、方向X2與方向X3排列於基材51上(亦即，這些立體圖案52A係以最密排列的方式分布於基材51上)。然而，本發明不限於此，根據其他 實施例，多個立體圖案52A也可沿兩個方向或四個方向排列於基材51上。
圖5是本發明另一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。請參照圖5，本實施例的微型發光元件10A與圖3的微型發光元件10的差異在於：微型發光元件的組成。在本實施例中，微型發光元件10A更包括絕緣層160。絕緣層160覆蓋磊晶結構100的部分表面並暴露出第一表面100s1，而第一電極151與第二電極152貫穿絕緣層160以分別電性連接第一型半導體層110與第二型半導體層130。
圖6是本發明又一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例的微型發光元件11與圖3的微型發光元件10的主要差異在於：電極配置的方式不同。在本實施例中，微型發光元件11的第一電極151A與第二電極152係設置在磊晶結構100A的相對兩側。更具體地說，本實施例的微型發光元件11可以是垂直式(vertical type)微型發光二極體元件。詳細而言，第一電極151A係形成在第一表面100s1上，且填入磊晶結構100A的多個立體圖案111，以電性連接第一型半導體層110。更具體地說，第一電極151A的上表面151As共形於磊晶結構100A的第一表面100s1。亦即，第一電極151A與第一表面100s1的接觸面為一圖案化表面。
圖7是本發明再一實施例的微型發光元件的剖面示意圖。請參照圖7，本實施例的微型發光元件12與圖6的微型發光 元件11的差異在於：磊晶結構的表面構型不同。在本實施例中，磊晶結構100B的第一表面100s1R不設有如圖6所示的立體圖案111，且第一表面100s1R的粗糙度(roughness)大於第二表面100s2的粗糙度。更具體地說，磊晶結構100B的第一表面100s1R可為一粗糙表面，而第二表面100s2可為一平坦表面。據此，可增加微型發光元件12的出光效率以及出光集中性。
舉例來說，在形成微型發光元件12的第一電極151B之前，可進行一研磨步驟，將凹入第一型半導體層110的立體圖案111(如圖6所示)移除。接著，將研磨後的表面進行粗糙化以形成磊晶結構100B的第一表面100s1R，並於第一表面100s1R上形成第一電極151B，以電性連接第一型半導體層110A。如圖7所示，在本實施例中，第一電極151B的上表面151Bs共形於磊晶結構100B的第一表面100s1R。需說明的是，此處表面的粗糙度係以算術平均粗糙度(arithmetical mean roughness，Ra)來定義。然而，本發明不限於此，粗糙度的定義也可根據表面的結構特性而調整為方均根粗糙度(root-mean-square roughness，Rq)、十點平均粗糙度(Rz)、或其他適合的定義方式。
綜上所述，在本發明一實施例的磊晶結構、微型發光元件以及微型發光元件結構中，磊晶結構具有多個交替排列的第一缺陷密度區與第二缺陷密度區，且第一缺陷密度區的缺陷密度低於第二缺陷密度區的缺陷密度。透過這些第一缺陷密度區的數量為至少十個，可讓磊晶結構的差排缺陷分布較為規律且均勻，進 而提升微型發光元件的出光均勻度以及微型發光元件結構的顯色均勻性。
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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:微型發光元件結構
10:微型發光元件
50:圖案化基板
50s:上表面
51:基材
52:立體圖案
100:磊晶結構
100s1:第一表面
100s2:第二表面
110:第一型半導體層
120:發光層
130:第二型半導體層
151:第一電極
152:第二電極
DR1:第一缺陷密度區
DR2:第二缺陷密度區
H:高度
P:間距
S:間隔
TD:螺旋差排缺陷
W:底寬
X、Z:方向

Claims (16)

  1. 一種微型發光元件結構，包括：一圖案化基板，包括一基材與多個立體圖案，其中該些立體圖案與該基材一體成型，且該些立體圖案彼此分離地排列於該基材上；一磊晶結構，配置於該圖案化基板上，且具有多個第一缺陷密度區與多個第二缺陷密度區，其中該些第一缺陷密度區分別對應該些立體圖案，而各該第一缺陷密度區的缺陷密度低於各該第二缺陷密度區的缺陷密度，且該些第一缺陷密度區的數量為至少十個；以及一第一電極與一第二電極，其中該磊晶結構更包括一發光層、設置在該發光層相對兩側的一第一型半導體層與一第二型半導體層，且該第一電極與該第二電極分別電性連接該第一型半導體層與該第二型半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中任一該第二缺陷密度區的缺陷密度與任一該第一缺陷密度區的缺陷密度的比值大於等於10。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中該些立體圖案各自具有一底寬與一高度，而該高度與該底寬的比值介於0.2至0.9之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中任兩相鄰的該些立體圖案之間具有一間隔，且該間隔小於等於0.5微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中各該立體圖案為凸起結構。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中該發光層包括：多個第一部分，位於該些第一缺陷密度區；以及多個第二部分，位於該些第二缺陷密度區，其中該些第一部分具有一第一厚度，該些第二部分具有一第二厚度，且該第一厚度大於該第二厚度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的微型發光元件結構，其中該些第一部分各自具有一第一摻雜金屬濃度，該些第二部分各自具有一第二摻雜金屬濃度，且該第一摻雜金屬濃度高於該第二摻雜金屬濃度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中該磊晶結構的該些第一缺陷密度區在一方向上排列的數量為至少十個。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的微型發光元件結構，其中至少部分該些第一缺陷密度區與至少部分該些第二缺陷密度區沿該方向交替排列於該圖案化基板上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中該第一缺陷密度區的螺旋差排缺陷數量為一個以上，該第二缺陷密度區的螺旋差排缺陷數量為兩個以上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的微型發光元件結構，其中任兩相鄰的該些立體圖案之間具有一間距，且該間距大於500奈米且小於等於2500奈米。
  12. 一種微型發光元件，包括：一磊晶結構，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面以及多個第一缺陷密度區與多個第二缺陷密度區；多個立體圖案，與該磊晶結構一體成型且彼此分離地排列於該第一表面上，其中該些第一缺陷密度區分別對應該些立體圖案，而各該第一缺陷密度區的缺陷密度低於各該第二缺陷密度區的缺陷密度，且該些第一缺陷密度區的數量為至少十個；以及一第一電極與一第二電極，其中該磊晶結構更包括一發光層、設置在該發光層相對兩側的一第一型半導體層與一第二型半導體層，且該第一電極與該第二電極分別電性連接該第一型半導體層與該第二型半導體層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該第一電極以及該第二電極，分別透過該第一表面與該第二表面電性連接該磊晶結構，其中該第一電極的一上表面共形於該磊晶結構的該第一表面。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中該磊晶結構的該第一表面的粗糙度大於該磊晶結構的該第二表面的粗糙度。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的微型發光元件，其中各該立體圖案為凹陷結構。
  16. 一種微型發光元件，包括：一磊晶結構，具有彼此相對的一第一表面與一第二表面、多個第一缺陷密度區以及多個第二缺陷密度區，其中該些第一缺陷密度區以及該些第二缺陷密度區沿一方向交替排列於該第一表面與該第二表面之間，其中各該第一缺陷密度區的缺陷密度低於各該第二缺陷密度區的缺陷密度，且該些第一缺陷密度區的數量為至少十個；以及一第一電極與一第二電極，其中該磊晶結構更包括一發光層、設置在該發光層相對兩側的一第一型半導體層與一第二型半導體層，且該第一電極與該第二電極分別電性連接該第一型半導體層與該第二型半導體層。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011105557A1 (ja) * 2010-02-26 2011-09-01 京セラ株式会社 半導体成長用基板および発光素子
TW201419570A (zh) * 2012-10-17 2014-05-16 Lg Innotek Co Ltd 發光裝置
TW201511352A (zh) * 2013-06-10 2015-03-16 Asahi Kasei E Materials Corp 半導體發光裝置
TW201624777A (zh) * 2014-12-16 2016-07-01 錼創科技股份有限公司 發光元件

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002033512A (ja) 2000-07-13 2002-01-31 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体発光ダイオード
CN102487111B (zh) 2010-12-04 2014-08-27 展晶科技(深圳)有限公司 半导体发光芯片制造方法
DE102011100037A1 (de) 2011-04-29 2012-10-31 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlung emittierender Halbleiterchip mit integriertem ESD-Schutz
EP3043392A1 (en) * 2012-10-12 2016-07-13 Asahi Kasei E-materials Corporation Optical substrate, semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011105557A1 (ja) * 2010-02-26 2011-09-01 京セラ株式会社 半導体成長用基板および発光素子
TW201419570A (zh) * 2012-10-17 2014-05-16 Lg Innotek Co Ltd 發光裝置
TW201511352A (zh) * 2013-06-10 2015-03-16 Asahi Kasei E Materials Corp 半導體發光裝置
TW201624777A (zh) * 2014-12-16 2016-07-01 錼創科技股份有限公司 發光元件

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