TWM460410U - 發光元件基板以及發光元件 - Google Patents

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Description

發光元件基板以及發光元件
本創作是有關於一種發光元件基板以及發光元件，特別是一種具有良好的光萃取效率及加快磊晶速度之發光元件基板。
現代發光元件，利用光電效應原理，經由激發之電子與電洞之結合，將電能轉換為光的形式，進行量產時係使用半導體製程，現代發光元件其中最為普遍應用者為發光二極體。發光二極體具有元件壽命長、冷光發光、低耗電量、反應速度快及無需暖燈時間等等優點，且藉由半導體製程，使其更具有體積小、堅固耐衝擊及易於大量生產等優點，更可根據應用需求而製成陣列或是及小型光學元件。
近年來能源價格高漲，追求節能減碳成為全球趨勢，為進一步提升發光二極體的應用範圍，如何以較低之能源消耗達成較高之發光效率成為學術界及產業界不約而同的研究發展目標。理論上，當電子與電洞結合而所發散的光線可以全部輻射至外界者，達到100%的發光效率，但是在實際的情況下，發光二極體元件內部的結構及材質會造成各種光線傳遞的損耗，因而降低光線傳遞到外界的發光效率。
為提升發光二極體之發光效率，圖案化技術已經被應用於藍寶石基材，例如第1圖所顯示的發光二極體基板100是一種藍寶石基材110，在藍寶石基材之表面130配置許多底部150為三角形之三角錐體結構120，以散射由發光二極體內部發出之光線，避免全反射發生，並增加光線穿透出發光二極體表面之機率。為了增加發光效率，三角錐體結構104是以最密集的方式組成。
然而，角錐體在散射光線時有其效率之限制，無法達到最佳化，且圖案化藍寶石基材(pattern sapphire substrate, PSS)目前的發展逐漸趨向高高度及小線寬，因此在密集排列的角錐體底部易於發生相連的現象，增加後續磊晶的困難。
有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之其中一目的就是在提供一種發光元件基板，以改善習知圖案化藍寶石基材散射之效率不佳的問題。
緣是，本創作提出一種發光元件基板，包括一藍寶石基材，藍寶石基材包括由複數個圓錐體所構成之表面，其中各圓錐體之高度係介於1.4μm至1.9μm之間，各圓錐體之直徑係介於2.4μm至2.9μm之間，相鄰兩圓錐體頂點間之距離係介2.5 μm至3.5μm之間。
續言之，本創作提出之發光元件基板其半徑較佳為2吋、4吋、6吋、8吋或12吋。
續言之，本創作提出之發光元件基板，各圓錐體底部之底角範圍為40o 至80o 之間。
續言之，本創作提出之發光元件基板，各圓錐體在藍寶石基材上為均勻分布且彼此不相接觸。進一步地，相鄰兩圓錐體底部之距離的範圍為0.1 μm至0.6 μm之間。
續言之，其中各圓錐體之頂點至圓錐體底部任一點之間的連線上任一點之切線與通過該點之水平線之夾角與圓錐體底部任一點之另一切線和藍寶石基材之水平表面形成之底角之差係小於10o 。
續言之，本創作提出之發光元件基板更包含一層中介層覆蓋於藍寶石基材上方，中介層之材料包括氮化鋁。
本創作提出一種發光元件，包含一藍寶石基材、一第一半導體層、一發光層、一第二半導體層以及一第二歐姆電極。藍寶石基材包括由複數個圓錐體所構成之一表面，其中各該圓錐體之一高度係介於1.4μm至1.9μm之間，各該圓錐體之一直徑係介於2.4μm至2.9μm之間，相鄰兩該圓錐體頂點間之一距離係介2.5μm至3.5μm之間。第一半導體層係配置在藍寶石基材上。發光層係配置在第一半導體層上。第二半導體層係配置在發光層上；第一歐姆電極係接觸第一半導體層；第二歐姆電極係接觸該第二半導體層。
續言之，各個圓錐體底部之底角係介於為40o 至80o 之間。
續言之，複數個圓錐體在藍寶石基材上係均勻分布且複數個圓錐體係彼此不接觸。
續言之，各個圓錐體之一頂點至圓錐體底部任一點之間的連線上任一點之一切線與通過該點之一水平線之一夾角與圓錐體底部任一點之另一切線和藍寶石基材之一水平表面形成之一底角之差係小於10o 。
續言之，相鄰兩個圓錐體底部之一距離係介於0.1 μm至0.6 μm之間。
本創作之發光元件更包括一層中介層，位於藍寶石基材與第一半導體層之間。
續言之，中介層之材料包括氮化鋁。
本創作提出之發光元件基板，其結構基本上是由複數個圓錐體結構所構成的藍寶石基材作為出光表面，圓錐體的設計可以增加發光元件，例如發光二極體，內部產生的光線透射至外界的效率，並且能夠適當增加藍寶石基材表面的面積，以降低磊晶的難度。此外，本創作提出之發光元件基板更包含一層中介層覆蓋於藍寶石基材上方，可增加磊晶成長的速度，以增加產出。
承上所述，根據本創作之發光元件基板以及發光元件，其可具有一或多個下述優點：
　　 (1) 本創作之發光元件基板使用由複數個圓錐體結構所構成的藍寶石基材作為出光表面，可以增加光線透射至外界的效率。
      (2) 本創作之發光元件基板包括一層中介層覆蓋於藍寶石基材上方，可增加磊晶成長的速度，以增加產出。
茲為使 貴審查委員對本創作之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後
100‧‧‧發光元件基板
110、210‧‧‧藍寶石基材
120‧‧‧三角錐體
130、230‧‧‧表面
150、250‧‧‧底部
200‧‧‧發光元件基板
220‧‧‧圓錐體
240‧‧‧頂點
260‧‧‧中介層
ang 1‧‧‧圓錐體底部之底角
ang 2‧‧‧圓錐體斜面之傾斜角
dia‧‧‧圓錐體直徑
dis 1‧‧‧兩圓錐體頂點距離
dis 2‧‧‧兩圓錐體底部距離
hi‧‧‧圓錐體高度
第1圖係為習知之一種發光二極體基板之立體示意圖。
第2圖係為本創作之發光元件基板之實施例之俯視示意圖。
第3圖係為本創作之發光元件基板之實施例之側視示意圖。
第4圖係為本創作之發光元件基板之實施例之圓錐體斜面傾斜角之示意圖。
第5圖係為本創作之發光元件基板之實施例之藍寶石基材覆蓋中介層之示意圖。
第6圖係為本創作之發光元件之實施例之剖面圖。
以下將參照相關圖式，說明依本創作之發光元件基板以及發光元件，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
本創作係揭露一種發光元件基板，適用於改善習知圖案化藍寶石基材使用角錐體進行光線散射之效率，以及解決密集排列的角錐體底部發生相連的問題。此發光元件基板包括一藍寶石基材，此藍寶石基材包括由複數個圓錐體所構成之表面。圓錐體的設計可以增加發光元件內部產生的光線透射至外界的效率，並且能夠適當增加藍寶石基材表面的面積，以降低磊晶的難度。此外，本創作提出之發光元件基板更包含一層中介層覆蓋於藍寶石基材上方，可增加磊晶成長的速度，以增加產出。本創作之圖案化藍寶石基材的設計可適用於多種發光元件，例如發光二極體。
請一併參考第2圖、第3圖及第4圖，第2圖係為本創作之發光元件基板之實施例之俯視示意圖，第3圖係為本創作之發光元件基板之實施例之側視示意圖，第4圖係為本創作之發光元件基板之實施例之圓錐體斜面傾斜角之示意圖。在第2圖中的發光元件基板200包括藍寶石基材210。此藍寶石基材210包含由複數個圓錐體220所構成之表面230。本創作提出之發光元件基板200其半徑較佳為2吋、4吋、6吋、8吋或12吋。
其中，本創作之發光元件基板200上各圓錐體220之直徑dia範圍較佳為2.4 μm至2.9 μm。
其中，本創作提出之發光元件基板200，各圓錐體220在藍寶石基材210上為均勻分布且彼此不相接觸。進一步地，相鄰兩該圓錐體220頂點240距離dis 1的範圍較佳為2.5 μm至3.5 μm，相鄰兩圓錐體220底部250距離dis 2的範圍較佳為0.1 μm至0.6 μm。
續言之，在第4圖中顯示，本創作之發光元件基板200上的各圓錐體220底部之底角範圍為40o 至80o ，且各圓錐體220之頂點240至圓錐體220底部250任一點之間的連線上任一點之第一切線與通過該點之水平線之夾角(圓錐體斜面之傾斜角ang 2)與此圓錐體220之底部250任一點之第二切線和藍寶石基材210之水平表面形成之底角(圓錐體底部之底角ang 1)之差係小於10o 。較佳的是，第一切線與第二切線係位於與藍寶石基材210之水平表面相垂直的平面上。
續言之，在第3圖中顯示，本創作之發光元件基板200上各圓錐體220之高度hi範圍為1.4 μm至1.9 μm。
請參閱第5圖，第5圖係為本創作之發光元件基板之實施例之藍寶石基材覆蓋中介層之示意圖。本創作提出之發光元件基板200更包含一層中介層60覆蓋於藍寶石基材210上方，中介層260之材料包括氮化鋁。
總言之，本創作之發光元件基板，其結構是由複數個圓錐體結構所構成的藍寶石基材作為出光表面，圓錐體的設計可以加強發光元件內部產生的光線透射至外界的效率，並且能夠適當增加藍寶石基材表面的面積，以降低磊晶的難度。進一步地，本創作提出之發光元件基板更包含一層中介層覆蓋於藍寶石基材上方，可增加磊晶成長的速度，以增加產出。
第6圖是依照本創作之一種發光元件的剖面示意圖。
請參照第6圖，圖中係以一使用本創作之發光元件基板200的發光二極體作為發光元件之一實施例說明。發光二極體包括藍寶石基材200、配置在藍寶石基材200上的中介層260、配置在中介層260上的一第一半導體層300、配置在第一半導體層300上的一發光層310、配置在發光層310上的一第二半導體層320、接觸第一半導體層300的一第一歐姆電極330、以及接觸第二半導體層320的一第二歐姆電極340。中介層260覆蓋於藍寶石基材200上方，可增加磊晶成長的速度，以增加產出。此外，發光二極體視需要亦可不包含中介層260，而是由第一半導體層300直接覆蓋於藍寶石基材200上方，此實施方式仍不脫離本發明之精神與範圍。
其中，第一半導體層300、發光層310與第二半導體層320可為III-V族系半導體，如氮化鎵系半導體。至於第一與第二歐姆電極330和340可各自選自包含鎳、鉛、鈷、鐵、鈦、銅、銠、金、釕、鎢、鋯、鉬、鉭、銀及此等之氧化物、氮化物所構成之群中所選出的至少一種合金或多層膜。另外，第一與第二歐姆電極330和340也可以各自選自包含銠、銥、銀、鋁所構成之群中所選出的一種合金或多層膜。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
200‧‧‧發光元件基板
210‧‧‧藍寶石基材
220‧‧‧圓錐體
230‧‧‧表面
240‧‧‧頂點
250‧‧‧底部
dia‧‧‧圓錐體直徑
dis 1‧‧‧兩圓錐體頂點距離
dis 2‧‧‧兩圓錐體底部距離

Claims (17)

  1. 一種發光元件基板，包括一藍寶石基材，該藍寶石基材包括由複數個圓錐體所構成之一表面，其中各該圓錐體之一高度係介於1.4 μm至1.9 μm之間，各該圓錐體之一直徑係介於2.4 μm至2.9 μm之間，相鄰兩該圓錐體頂點間之一距離係介2.5 μm至3.5 μm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中該發光元件基板之一半徑為2吋、4吋、6吋、8吋或12吋。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中各該圓錐體底部之該底角係介於為40o 至80o 之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中該複數個圓錐體在該藍寶石基材上係均勻分布。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件基板，其中該複數個圓錐體係彼此不接觸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中各該圓錐體之一頂點至該圓錐體底部任一點之間的連線上任一點之一切線與通過該點之一水平線之一夾角與該圓錐體底部任一點之另一切線和該藍寶石基材之一水平表面形成之一底角之差係小於10o 。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中相鄰兩該圓錐體底部之一距離係介於0.1 μm至0.6 μm之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，更包括一層中介層覆蓋於該藍寶石基材上方。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件基板，其中該中介層之材料包括氮化鋁。
  10. 一種發光元件，包含:一藍寶石基材，包括由複數個圓錐體所構成之一表面，其中各該圓錐體之一高度係介於1.4 μm至1.9 μm之間，各該圓錐體之一直徑係介於2.4 μm至2.9 μm之間，相鄰兩該圓錐體頂點間之一距離係介2.5 μm至3.5 μm之間；一第一半導體層，係配置在該藍寶石基材上；一發光層，係配置在該第一半導體層上；一第二半導體層，係配置在該發光層上；一第一歐姆電極，係接觸該第一半導體層；以及一第二歐姆電極，係接觸該第二半導體層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中各該圓錐體底部之該底角係介於為40o 至80o 之間。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該複數個圓錐體在該藍寶石基材上係均勻分布。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光元件，其中該複數個圓錐體係彼此不接觸。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中各該圓錐體之一頂點至該圓錐體底部任一點之間的連線上任一點之一切線與通過該點之一水平線之一夾角與該圓錐體底部任一點之另一切線和該藍寶石基材之一水平表面形成之一底角之差係小於10o 。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中相鄰兩該圓錐體底部之一距離係介於0.1 μm至0.6 μm之間。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，更包括一層中介層，配置在該藍寶石基材與該第一半導體層之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光元件，其中該中介層之材料包括氮化鋁。
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