TWM519326U - 半導體結構 - Google Patents

Description

半導體結構

本創作係關於一種半導體結構，尤指一種處理光線之半導體結構。

目前處理光線之半導體結構，例如：LED結構或太陽能結構，係廣泛應用於現今的日常生活中，由於LED結構係可產生光線，而太陽能結構係依據吸收光線進行光電轉換之運作，若能改善半導體結構處理光線之效率，於目前LED結構或太陽能結構之產業將有莫大的助益，故本創作係可以改善現有半導體結構處理光線之效率。

本創作之目的之一，是在提供一種半導體結構，用以避免光線於半導體結構之側壁產生全反射。

本創作之目的之一，是在提供一種半導體結構，用以增加吸收光線之表面積。

本創作之目的之一，是在提供一種半導體結構，用以提升處理光線之效率。

本創作之目的之一，是在提供一種半導體結構之側壁具有複數個規則的刻痕。

本創作提供一種半導體結構，適用一處理光線之半導體結構，半導體結構包含：一主體，具有一頂面與一底面；複數個側壁，位於於頂面與底面之間，側壁設置頂面之一側邊，側壁連結頂面與底面；以及至少一刻痕，設置於至少一側壁上，用以避免光線於側壁產生全反射以提升處理光線之效率；其中，頂面、底面、以及側壁形成主體。

100‧‧‧半導體結構

101‧‧‧主體

102‧‧‧頂面

103‧‧‧底面

104a‧‧‧側壁

S‧‧‧基板

P‧‧‧刻痕

K、D1‧‧‧方向

L‧‧‧長度

T‧‧‧深度

G‧‧‧間距

P1、P2‧‧‧層

a~e、a’~e’‧‧‧路徑

第1圖為本創作於一實施例中之側剖面示意圖。

第2A圖為第1圖沿相對於方向K俯視側壁104a之放大示意圖。

第2B圖為第1圖側壁104a側表面之放大示意圖。

第3圖為刻痕分層排列之示意圖。

第4A圖為光線進入無刻痕之半導體結構路徑示意圖。

第4B圖為光線進入本創作之刻痕路徑示意圖。

請參閱第1圖，第1圖為本創作之半導體結 構於一實施例立體透視圖。半導體結構100具有一主體101，在本創作中，其半導體結構100適用現有或未來可用於處理光線之半導體結構，例如：LED晶粒結構或太陽能晶粒結構。

主體101由頂面102、底面103、以及四個側 壁104a、104b(圖未示)、104c(圖未示)、104d(圖未示)圍置或組合而成，頂面102與底面103相對而設置，側壁104a~104d位於於頂面102與底面103之間，側壁104a~104d設置於頂面102或底面103之一側邊，且側壁104a~104d連結頂面102與底面103以形成主體101。

在本創作中一實施例中，主體101雖具有四 個側壁104a~104d，但本創作不應以此為限。再者，在本實施例中，半導體結構100係設置於一基板S上，在一實施例中基板S係可由藍寶石基板所實現。

在此請注意，複數個刻痕P具有規則性地設 置於側壁104a，在本創作中，複數個刻痕P組合成具有規則的帶狀刻痕並水平或垂直排列於側壁104a，且每一刻痕P具有預設之深度、間距、以及長度。本創作為簡化說明，係僅繪示刻痕P設置於側壁104a，但本創作不應以此為限，其餘側壁104b~104d亦可設置刻痕P。

刻痕P係用以避免光線於側壁104a產生全反 射，意即當光線照射至刻痕P時不會產生全反射，意即原光線照射刻痕P時，若半導體結構100為LED，則半導體結構100可透過刻痕P折射或散射入射光以導引出比更多的出射光線，如此一來透過刻痕P可以提升半導體結構100處理光線之效率。

舉例來說，LED的光於半導體結構內產生， 由於半導體材料本身的折射率大於半導體材料外之封裝材料或空氣，會有光線在出光介面產生全反射使出光量變少的情形，因此藉由刻痕P在出光介面的製作後，破壞其出光介面之全反射效果，可導引更多半導體材料內部生成之光線向外部傳送，提昇出光效率，增加LED出光之亮度。

另外，刻痕P可透過雷射燒蝕或極短脈衝雷 射進行奈米等級之半導體晶格結構斷裂而形成，在另一實施例中，刻痕P可透過蝕刻而形成。

請同時參考第2A圖與第2B圖，第2A圖為 第1圖沿相對於方向K俯視側壁104a之放大示意圖，第2B圖為第1圖側壁104a側表面之放大示意圖，其中方向K垂直於側壁104a之表面或平行側壁104a表面之法線向量。

在本實施例中，刻痕P沿著方向D1規則性地 排列於側壁104a表面，且每一個刻痕P之間的間距G為1~10μm，每一個刻痕P之長度L為20~40μm，且每一個刻痕P之深度T為5~10μm。

其中圖2B所示之刻痕P形狀，在本實施例中 可為梯形，另外，在另一實施例刻痕P之形狀可以是倒梯形、或方形、或三角形(金字塔形)、或波浪形所實現。

請注意，刻痕P之深度T係定義為凹陷於側 壁104a表面內之深度，刻痕P排列之密度、深度與半導體結構100處理光線之效率成正比。

請參考第3圖，第3圖為刻痕分層排列之示 意圖，且第3圖為第1圖沿方向L垂直俯視刻痕之放大示意圖。在本實施例中，刻痕P可以多層設置於側壁104a表面，如第一層P1與第二層P2，故使用者可以依使用需求將刻痕P分層設置於側壁104a表面。刻痕P不限於一層、二層，可以是多層。

再者，第一層P1內刻痕與第二層P2內刻痕 之長度L、深度T、以及間距G皆可以依使用者需求進行調整，意即，區域P1內刻痕與區域P2內刻痕之規格可以不一致。

接著請參考第4A圖與4B圖，第4A圖為光 線進入無刻痕之半導體結構路徑示意圖，第4B圖為光線進入本創作之刻痕路徑示意圖。請注意，若刻痕P之分佈 密度與刻痕P之深度，將可影響其最佳化的分佈形成最大量的出光效率。

在本創作中，光線係由半導體PN接面中間之 主動作用層所產生，也就是光電轉換層產生光線；換言之，用於LED元件(電轉光)，光線為一整層發光，光線產生於半導體材料內部，因半導體材料折射率大於外部封裝材料或空氣，當折射率大之介質入射折射率小之介質，會產生全反射的情形，因此刻痕P的製作可以破壞某些全反射的角度，折射出更多的光線，亦即刻痕製作可以導引更多的光線輸出。故第4A圖之光線路徑a易有全反射路徑b、c、d、e；相對應地，第4B圖之光線路徑a’其全反射路徑僅有路徑c’、e’，故可導引出比第4A圖之結構更多的光線路徑b’、d’。

若為太陽能光電元件(光轉電)，光線由外 部進入半導體材料，此時為折射率小之介質入射折射率大之介質，所以沒有全反射的情形，但是刻痕P的製作可以增加收光表面積，代表有更多光可以被收集到「光電轉換層」，轉換更多光線以產生電。換言之，太陽能半導體光電元件之主要目的為能吸收更多外界的光進入太陽能光電元件內以進行光電效應產生電，因此將刻痕P製作於太陽能光電元件之表面，可導引更多外界之光進入太陽能半導體材料元件內進行光電轉換，產生更多的電能。 綜上所述，本創作利用側壁上之刻痕，使入射光照射半導體結構時避免全反射產生，半導體結構可透過刻痕P折射或散射入射光以導引出比無製作刻痕P之半導體結構更多的光線，或用以增加吸收光線之表面積，如此一來透過刻痕可以提升半導體結構處理光線之效率。

100‧‧‧半導體結構

101‧‧‧主體

102‧‧‧頂面

103‧‧‧底面

104a‧‧‧側壁

S‧‧‧基板

P‧‧‧刻痕

Claims (10)

1. 一種半導體結構，適用一處理光線之半導體結構，該半導體結構包含：一主體，具有一頂面與一底面；複數個側壁，位於於該頂面與該底面之間，該些側壁設置於該頂面之一側邊，該些側壁連結該頂面與該底面；以及至少一刻痕，設置於至少一該些側壁上，用以避免光線於該些側壁產生全反射以提升處理光線之效率；其中，該頂面、該底面、以及該些側壁形成該主體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中，該些刻痕用以避免光線於該些側壁產生全反射以提升處理光線之效率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中，該些刻痕用以增加吸收光線之表面積。
4. 如申請專利範圍第2項所述之結構，其中，該些刻痕具有一規則性排列。
5. 如申請專利範圍第4項所述之結構，其中，該些刻痕沿一第一方向排列於至少一該些側壁上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之結構，其中，該些刻痕排列之密度、深度與處理光線之效率成正比。
7. 如申請專利範圍第5項所述之結構，其中，該些刻痕之間的間距1~10μm。
8. 如申請專利範圍第5項所述之結構，其中，該些刻痕之長度為20~40μm。
9. 如申請專利範圍第5項所述之結構，其中，該些刻痕之深度為5~10μm。
10. 如申請專利範圍第5項所述之結構，其中，該些刻痕係多層設置於至少一該些側壁上。