专利名称：具有光补偿腔的基板及以此基板形成的发光元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基板及以此基板形成的元件，特别是涉及一种供磊晶用的基板 以及以此基板形成的发光元件。
背景技术：
固态发光元件是新一代的Ait光源，其中，发光二极管(LED)的制程技术成 熟，兼且具有寿命长、省电、体积小、驱动电压低、反应速率快、辨识率高靴点， 已在日常生活中随处可见其踪影应用。
参阅图l， 一般，发光二极管1包括一±; 板11、 一层磊晶形成在该基板ll上 的量子单元12，及二片可提供电能的电极14。
该i央掛反ll一般是由晶格常数与该量子单元相匹配的材料，例如蓝宝石、氧化 铝等构成，呈矩形板状而具有一平坦的上表面111。
该层量子单元12是以氮化镓系的半导体材料自该基板11上表面111向上磊晶 形成，具有一层与该上表面111连接且包括有一块中央区124及一±央环围该中央区 124的外环区125的第一型披覆层121 (即n cladding-layer)、 一层自该第一型披覆 层121的中央区124顶面向上形成的活性层123 (active layer)、 一层自该活性层123 顶面向上形成的第二型披覆层122 (即pcladding-layer)，及一层以透明且可导引电 流横向扩散流通的材料(例如铟锡氧化物(ITO))形成在该第二型披覆层122上的 电流扩散层126，该第一、二型披覆层121、 122相对该活性层123形成量子能障而 可以光电效应产生光子，电流扩散层126可使电流水平横向均匀地扩散流通后再垂 直通过该第一、二型披覆层121、 122与活性层123，进而提升发光效率，该量子单 元12的第一型披覆层121的中央区124、活性层123、第二型披覆层122，以及形成 在该第二型披覆层122上的电流扩散层124构成元件主要向外发光的平台区IOO(即 mesa)。
该二电极14是以例如铜、银等金属^/或其合金构成，彼此相对远离地设于该发 光二极管1的两对角角落，并分别与该量子单元12的第一型披覆层121以及该电流 扩散层126殴姆接触，而可对该量子单元12提供电能使该量子单元12产生光。
当自该二电极14施加电能时，电流自该片与电流扩散层126相欧姆接触的电极
14经过该电流扩散层126横向水平分散流通后，垂直向下扩散2H过第一、二型披 覆层121、 122、活性层123而以光电效应产生光子，进而使该发光二极管1发光。
由于晶格结构较佳的量子单元内部量子效应产生光子的效率也会较佳，所以一 般为了磊晶成长出品质较佳的量子单元，都会要求基板的品质一也就是尽可能的要 求基板上表面平坦无缺陷，以避免磊晶成长的过程中缺陷的延伸、产生，进而导致 量子单元的结构不佳、产生光子的效率降低。
但是此等上表面平坦的基板虽然可以磊晶成长出晶体结构较佳的量子单元，但 是也由于上表面的平坦，当量子单元以光电效应产生且朝向基板方向行进的光，会 较易产生全反射而在元件内不断地折射与反射，不但浪费了所产生的光，也进而形 成内废热而影响到元件的工作寿命。
参阅图2，另外也有文献提出随机Ji/或是有规则地粗化基板11 ，使其上表面11 r
变得不甚平整，使朝向繊ir方向行进的光在经 匕上表面iir时，因为不平 整的界面而径自穿进入基板ir中，进而减少组件内部的光产生全反射、产生内废 热的机率，但是此等方式，也只是将原本朝向基板ir方向行进并在穿经该上表面 iir产生全反射而导致内热形成的光，借由基板ir上表面iir的刻意粗化而可 径行穿iSAS板中以避免产生全反射而已，并未有效再禾i佣此等朝向SI反ir方向 行进的光。
因此，若能有效改善目前基板的结构，不但有助于完整提出内部量子效应所产 生的光，同时也可以提升元件整体的外部发光亮度。
发明内容
本发明的目的是在提供一种可以补偿光效应的具有光补偿腔的基板。本发明的 另一 目的是在提供一种具有高发光亮度与高发光效益的由具有光补偿腔的基板所形 成的发光元件。
本发明一种具有光补偿腔的基板，用于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子 单元，该基板包括一层体、多数个环围体，及多数个中心体。 该层体具有一上表面。
该多数个环围体彼此以预定光波长四分之一的整数倍为间隔在该上表面形成规 则的周期排列，并界定出多数个等边长的多边形区间。
该多数个中心体分别对应位于该等区间的中央而使环围任一中心体的环围体是 对应该中心体的中心轴线呈径向对称，且环围任一中心体的多数环围体与该被环围 的中心体共同形成一个可限制光产生驻波并增强光娜的光补偿腔。
另外，本发明一种固态发光元件，是以光电效应发光且包括一块基板、 一个量 子单元，及二片电极。
该土據板具有一层体、多数个形成在该层体上表面的环围体，及多数个形成在 该层体上表面的中心体，该多数个环围体彼此以预定光波长四分之一的整数倍为间 隔形成规则的周期排列，并界定出多数个等边长的多边形区间，该多数个中心体分 别对应位于该等区间的中央，而使环围任一中心体的环围体是对应该中心体的中心 轴线呈径向对称，且使环围任一中心体的多数环围体与该被环围的中心体共同形成 一个可限制光产生驻波并增强光翻寸的光补偿腔。
该量子单元自该基板向上磊晶形成并可以光电效应产生光。
该二片电极间隔地设置在该量子单元上，是可以相互配合而对该量子单元施加 电能。
本发明的有益效果在于以中心体与环围体共同形成光补偿腔，而可将光限制 在环围体形成的区间中并产生驻波强增效应，以相对增强散射效应而补偿光损失， 进而可增加整体固态发光元件的发光亮度。
图1是一剖视示意图，说明一个现有的发光二极管的构造；
图2是一剖视示意图，说明一个现有的且 经过粗化的发光二极管的构造；
图3是一剖视示意图，说明本发明一种具有光补偿腔的基板的一第一较佳实施
例；
图4是一局部立体图，说明图3的具有光补偿腔的基板的光补偿腔；
图5是一剖视示意图，说明本发明一种具有光补偿腔的基板的一第二较佳实施
例；
图6是一局部立体图，说明类似于第一、二较佳实施例的SI反的光补偿腔的另 一种态样；
图7是一局部立体图，说明类似于第一、二较佳实施例的基板的光补偿腔的又 一种态样；
图8是一剖视示意图，说明本发明一种具有光补偿腔的 的一第三较佳实施
例；
图9是一局部立体图，说明图8的具有光补偿腔的基板的光补偿腔；
图io是一剖视示意图，说明本发明一种具有光补偿腔的基板的一第四较佳实施
例；
图ll是一局部立体图，说明类似于第三、四较佳实施例的基板的光补偿腔的另 一种态样；
图12是一局部立体图，说明类似于第三、四较佳实施例的基板的光补偿腔的又 —种态样；
图13是一剖视示意图，说明本发明一种具有光补偿腔的基板的一第五较佳实施
例；
图14是一局部立体图，说明图13的具有光补偿腔的基板的光补偿腔；及 图15是一剖l见示意图，说明一由图3的基板所磊晶形成的固态发光元件。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明
参阅图3与图4，本发明一种具有光补偿腔的對反的一第一较佳实施例，适用于 磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单元(图未示出)。
该基板2是例如蓝宝石基板、氧化铝基板、碳化锌基板、氧化锌基板、砷化镓 基板等，包括一层体21、多数个环围体22，及多数个中心体23。
该层体21厚度远大于该等环围体22、中心体23的高度，具有一上表面211。
多数个环围体22分别是自该上表面211 —体向上凸伸且高度介于1 3 u m，半 径介于0.5~2 u m的圆柱，且彼此以预定光波长四分之一的整数倍为间隔(在本例中 是4um)形成规则的周期排列，同时，以每十二个环围体界定出一个等边六边形的 区间24，且两相邻的区间24共享一相邻边的环围体的方式界定出多数个个区间24。
该多数个中心体23分别是自该上表面211 —体向上凸伸且高度介于1 3um， 边长介于3~6 U m的六角柱，且每一个中心体23是位于该一个区间24的中央而使 环围任一中心体23的十二个环围体22^t应该中心体23的中心轴线呈径向对称， 且环围任一中心体23的多数环围体22与该被环围的中心体23共同形成一个光补偿 腔25，当光在此光补偿腔25中行进时，由于中心体23、环围体22与周遭环境(在
此是空气)的介质不同，因此会被周围围绕的多数环围体22所限制而产生驻波强增
效应，相对地散射效应也会增强，而可补偿光穿经中心体23时的光损失。
参阅图5，本发明一种具有光补偿腔的基板2'的一第二较佳实施例，是与该第
一较佳实施例相似，适用于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单元(图未示出)，
其不同处仅在于该等环围体22，与中心体23，分别是自该上表面211'向下形成深 度介于1~3 u m，半径介于0.5~2 y m的圆柱形凹 L及深度介于1~3 u m，且截面呈 边长介于4~6 U m的六角柱孔，而可同样地达到补偿光损失的功效。
另外，类似于该第一、二实施例所述，该中心体22、 22'并非一定要成截面为 六边形的态样，例如图6所示的圆柱26，或如图7所示的圆柱形凹孔27，都可以达 到补偿光损失的功效，由于此等形式种类众多，在此不一一详加举例说明。
参阅图8与图9，本发明一种具有光补偿腔的基板3的一第三较佳实施例，适用 于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单元(图未示出)。
该基板3是例如蓝宝石基板、氧化铝基板、碳化锌S^反、氧化锌SI及、砷化镓 基板等，包括一层体31、多数个环围体32，及多数个中心体33。
该层体31厚度远大于该等环围体32、中心体33的高度，具有一上表面311。
多数个环围体32分别是自该上表面311 —体向上凸伸且高度介于1 3um，半 径介于0.5 2um的圆柱，且彼此以预定光波长四分之一的整数倍为间隔(在本例中 是4ym)形成规则的周期排列，同时，以每十二个环围体32界定出一个等边六边 形区间34的方式周期规则排列，而界定出多数个彼此亦成周期规贝鹏咧的区间34。
该多数个中心体33分别是自该上表面311 —体向上凸伸且高度介于l~3um， 边长介于2~6 u m的六角柱，且每一个中心体33是位于该一个区间34的中央而使 环围任一中心体33的十二个环围体32^t应该中心体33的中心轴线呈径向对称， 且环围任一中心体33的多数环围体32与该被环围的中心体33共同形成一个光补偿 腔35，当光在此光补偿腔35中行进时，由于中心体33、环围体32与周遭环境(在 此是空气)的介质不同，因此会被周围围绕的多数环围体所限制而产生驻波强增效 应，相对地翻寸效应也会增强，而可补偿光穿经中心体33时的光损失。
参阅图10，本发明一种具有光补偿腔的基板3'的一第四较佳实施例，是与该
第三较佳实施例相似，适用于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单元(图未示 出)，其不同处仅在于该等环围体32，与中心体33，分别是自该上表面311'向下 形成深度介于l 3um，半径介于l一um的圆柱形凹孔，及深度介于l 3um，且
截面呈边长介于2-6 U m的六角柱孔而可同样地达到补偿光损失的功效。
另外，类似于该第三、四实施例所述，该中心体33、 33'并非一定要成截面为 六边形的态样，例如图11所示的圆柱36，或是如图12所示的圆柱形凹孔37等都可 以达到补偿光损失的功效，由于此等形式种类众多，在此不一一详加举例说明。
再者，虽然在上述第一至第四较佳实施例中，环围体22、 22， 、 32、 32，的截 面态样均是以圆形为例说明，然而，例如等边的三角形、四边形，甚至是多边形等， 均可以适用而达到类似的产生驻波强增效应，以相对增强翻寸效应的功效，由于此 等形状态样的变化众多，在此不再一一举例说明。
参阅图13与图14，本发明一种具有光补偿腔的基板的一第五较佳实施例，适用 于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单元(图未示出)。
该對反7是例如蓝宝石SI反、氧化铝基板、碳化锌 、氧化锌基板、砷化镓 對反等，包括一层体71、多数个环围体72，及多数个中心体73。
该层体71厚度远大于该等环围体72、中心体73的高度，具有一上表面711。
该多数个环围体72分别是自该上表面711 —体向上凸伸，且彼此以预定光波长 四分之一的整数倍为间隔(在本例中是4um)形j^见贝啲周期排列，同时，以每十 二个环围体界定出一个等边六边形的区间74，且两相邻的区间74共享一相邻边的环 围体的方式界定出多数个个区间74。
该每一环围体72是高度介于0.34 Pm，与该上表面711相接的区域的径长介 于0.5~2u m，高度径长的比值介于0.15 8的半椭球。
该多数个中心体73分别是自该上表面711 —体向上凸伸，且每一个中心体73 是位于该一个区间74的中央而使环围任一中心体73的十二个环围体72是对应该中 心体73的中心轴线呈径向对称。
该每一中心体73是高度介于0.3 4 u m，与该上表面711相接的区域的径长介 于1~4 u m，高度径长的比值介于0.3 4的半椭球。
再者，环围任一中心体73的多数环围体72与该被环围的中心体73共同形成一 个光补偿腔75，当光在此光补偿腔75中行进时，由于中心体73、环围体72与周遭 环境(在此是空气)的介质不同，因此会被周围围绕的多数环围体72所限制而产生 驻波强增效应，相对地翻寸效应也会增强，而可补偿光穿经中心体73时的光损失。
参阅图15，由本发明一种具有光补偿腔的基板磊晶形的固态发光元件4，是包 括该i央第一较佳实施例所说明的基板2、 一层形成在该基板2上的量子单元5，及二
片电极6，在此以发光二极管为例说明。
配合参阅图3与图4，该± 板2即是上述第一较佳实施例所说明的基板2,由 于其结构已于上述叙述中清楚的说明，在此不再多加重复累述。
该层量子单元5是自该 2向上磊晶形成，具有一层与该基板2连接且包括 有一块中央区511及一i央环围该中央区511的外环区512的第一型披覆层51 (即n cladding-layer)、 一层自该第一型披覆层51的中央区511顶面向上形成的活性层52、 一层自该活性层52顶面向上形成的第二型披覆层53 (即p cladding-layer)，及一层 以透明且可导引电流横向扩散流通的材料(例如铟锡氧化物(ITO))形成在该第二 型披覆层53上的电流扩散层54，该第一、二型披覆层51、 53相对该活性层52形成 量子能障而可以光电效应产生光子，电流扩散层54可使电流7jC平横向均匀地扩散流 通后再垂直通过该第一、二型披覆层51、 53与活性层52，进而提升发光效率，该量 子单元5的第一型披覆层51的中央区511、活性层52与第二型披覆层53，以及形 成在该第二型披覆层53上的电流扩散层54构成元件主要向外发光的平台区55 (即 mesa)。
该二电极6是以例如铜、银等金属^/或其合金构成，彼此相对远离地设于该固 态发光元件4的两对角角落，并分别与该量子单元5的第一型披覆层51以及该电流 扩散层54殴姆接触，而可对该量子单元5提供电能使该量子单元5产生光。
当自该二电极6施加电能时，电流自该片与电流扩散层54相欧姆接触的电极6 经过该电流扩散层54横向水平分散流通后，垂直向下扩散流通过第一、二型披覆层 51、 53、活性层52而以光电效应产生光子，进而使该固态发光元件4发光。
由于该 2与量子单元5连接的界面是由层体21的上表面211与凸伸出的环 围体22与中心体23形成，因此会产生类似于粗化基板的效应，也就是使得量子单 元5以光电效应产生且朝向基板2方向行进的光，因为不平整的界面而径自穿进入 凝及2中，进而减少元件内部的光产生全反射、产生内废热的机率，但是在此等光 穿经基阪2与量子单元5的连接界面的过程中，由于基阪2的中心体23、环围体22 与量子单元5的折射系数不同，因此，此等光会被光补偿腔25周围的多数环围体22 所限制而产生驻波强增效应，相对地翻t效应也会增强，而可补偿光穿经中心体23 时的光损失，进而将光再导引反向行进，而将原本朝向基阪2方向行进并在穿经连 接界面会产生全反射而导致内热形成的光，借由基板2的光补偿腔25的局限与导引， 而反向于朝向基板2方向向上正向自平台区55顶面射出，进而增加元件的发光亮度。
在此要特别加以说明的是，在上述叙述中提及的各式基板2、 2， 、 3、 3， 、 7， 均可以磊晶形成量子单元5、设置电极6后制成固态发光元件，由于其补偿光的效应 均类似，故不再重复累述。
此外，由于本发明的具有光补偿腔的繊2、 2' 、 3、 3' 、 7的中心体23、 23'、 33、 33， 、 73与环围体22、 22， 、 32、 32， 、 72是应用黄光微影技术所刻意制得， 因此，在后续磊晶形成量子单元5的过程中，虽然无可避免的会因为此等對及2、 2'、 3、 3' 、 7的结构而产生晶格缺陷，但也因为当前对于此等结构属于人为特殊设计的 基板，目前已有多篇文献及足够的制程技术针对此等问题提出克服、解决的此^ 导致后续磊晶制得的量子单元内部量子效应降低的答案，而磊晶形成晶体结构符合 所需的量子单元，因此，并不会造成另一个需要克服解决的问题。由于此部份并非 本发明的创作重点所在，故不再深入加以说明。
由上述说明可知，本发明主要是提出一种具有光补偿腔的基板2、 2' 、 3、 3'、 7，借由中心体23、 23， 、 33、 33， 、 73与环围该中心体23、 23， 、 33、 33， 、 73 的环围体22、 22， 、 32、 32， 、 72构成的光补偿腔25、 35、 75限制光以产生驻波 强增效应，相对地散射效应也会增强，而可补偿光穿经时的光损失；进一步地，本 发明提出以此等具有光补偿腔的基板2、 2' 、 3、 3' 、 7所形成的固态发光元件4， 借着基板2、 2， 、 3、 3' 、 7的光补偿腔25、 35、 75，而将量子单元5以光电效应 产生且朝向基板2、 2' 、 3、 3， 、 7方向行进的光，因为不平整的界面而径自穿进 AS板2、 2， 、 3、 3， 、 7中，进而减少元件内部的光产生全反射、产生内废热的 机率，同时，在此等光穿经界面的过程中，让光由光补偿腔25、 35、 75所限制进而 产生驻波强增效应，并相对地增强散射效应，而可补偿光损失并将光再导引向上正 向自平台区55顶面射出，进而增加元件的发光亮度，确实达到本发明的创作目的。
权利要求
1.一种具有光补偿腔的基板，用于磊晶形成一可以光电效应产生光的量子单 元；其特征在于该基板包括一具有一上表面的层体、多数个形成在该上表面的环围体， 及多数个形成在该上表面的中心体，该多数个环围体彼此以预定光波长四分 之一的整数倍为间隔规则的周期排列，并界定出多数个等边长的多边形区间， 该多数个中心体，分别对应位于该等区间的中央而使环围任一中心体的环围 体对应该中心体的中心轴线呈径向对称，且环围任一中心体的多数环围体与 该被环围的中心体共同形成一个可限制光产生驻波并增强光散射的光补偿 腔。
2. 如权利要求l所述的具有光补偿腔的基板，其特征在于该环围体是自该上表面一体向上凸伸且高度介于1 3 " m，半径介于0.5 2 u m的圆柱。
3. 如权利要^2所述的具有光补偿腔的基板，其特征在于该中心体是自该上表面 一体向上凸伸且高度介于l 3Pm，边长介于2^6ixm的六角柱。
4. 如权利要救所述的具有光补偿腔的Sfc其特征在于该中心体是自该上表面 一体向上凸伸且高度介于1 3 u m，半径介于1 6 u m的圆柱。
5. 如权禾腰求l所述的具有光补偿腔的對反，其特征在于该环围体是自该上表面 向下形成深度介于l 3um，半径介于0.5 2"m的凹孔。
6. 如权禾腰求5所述的具有光补偿腔的基板，其特征在于该中心体是自该上表面 向下形成深度介于1 3 " m，且截面呈边长介于2 6 u m的六角柱孔。
7. 如权禾腰求5所述的具有光补偿腔的Sfc其特征在于该中心体是自该上表面 向下形成深度介于l 3um，半径介于14um的圆孔。
8. 如权利要求l所述的具有光补偿腔的繊，其特征在于该每一环围体是自该上 表面一体向上凸伸且高度介于0.3~4 " m，与该上表面相接的区域的径长介于 0.5-2um，高度径长的比值介于0.15 8的半椭球形。
9. 如权利要求8所述的具有光补偿腔的基板，其特征在于该每一中心体是自该上 表面一体向上凸伸且高度介于0.3^4 li m，与该上表面相接的区域的径长介于14 um，高度径长的比值介于0.3 4的半椭球形。
10. —种固态发光元件，以光电效应发光，包括一块基板、 一个自该基板向上磊晶 形成并可以光电效应产生光的量子单元，及二片间隔地设置在该量子单元上以 相互配合而对该量子单元施加电能的电极；其特征在于 该±央 具有一层体、多数个形成在该层体上表面的环围体，及多数个形成 在该层体上表面的中心体，该多数个环围体彼此以预定光波长四分之一的整数倍 为间隔形成规则的周期排列，并界定出多数个等边长的多边形区间，该多数个中 心体分别对应位于该等区间的中央，而使环围任一中心体的环围体是对应该中心 体的中心轴线呈径向对称，且使环围任一中心体的多数环围体与该被环围的中心 体共同形成一个可限制光产生驻波并增强光翻寸的光补偿腔。
11. 如权利要求10所述的固态发光元件，其特征在于该量子单元还具有一层第一 型披覆层、 一层第二型披覆层，及一层^立于该第一、二型披覆层之间的活性层， 该第一、二型披覆层相对该活性层形成量子能障而可以光电效应产生光子。
12. 如权利要求ll所述的固态发光元件，其特征在于该量子单元还具有一层以透 明且可导弓I电流横向扩散流通的材料形成在该第二型披覆层上的电流扩散层。
13. 如权利要求12所述的固态发光元件，其特征在于该二电极分别设置在该量子 单元的电流扩散层与该第一型披覆层上以提供电能。
14. 如权利要求13所述的固态发光元件，其特征在于该环围体是自该上表面一体向上凸伸且高度介于1 3 U m，半径介于0.5 2 y m的圆柱。
15. 如权利要求14所述的固态发光元件，其特征在于该中心体是自该上表面一体 向上凸伸且高度介于1 3 u m，边长介于2 6 " m的六角柱。
16. 如权利要求14所述的固态发光元件，其特征在于该中心体是自该上表面一体 向上凸伸且高度介于l 3um，边长介于1^6um的圆柱。
17. 如权利要求13所述的固态发光元件，其特征在于该环围体是自该上表面向下 形成深度介于l 3um，半径介于(X5 2um的凹孔。
18. 如权利要求17所述的固态发光元件，其特征在于该中心体是自该上表面向下 形成深度介于1 3 U m，且截面呈边长介于2 6 U m的六角柱孔。
19. 如权利要求17所述的固态发光元件，其特征在于该中心体是自该上表面向下 形成深度介于l 3um，半径介于1^6"m的圆孔。
20. 如权利要求13所述的固态发光元件，其特征在于该每一环围体是自该上表面 一体向上凸伸且高度介于0.3 4 y m，与该上表面相接的区域的径长介于0.5 2 u m，高度径长的比值介于0.15 8的半椭球。
21. 如权利要求10所述的固态发光元件，其特征在于该每一中心体是自该上表面 一体向上凸伸且高度介于0.34 u m，与该上表面相接的区域的径长介于14 u m，高度径长的比值介于0.3 4的半椭球。
全文摘要
本发明公开了一种具有光补偿腔的基板，以及以此基板磊晶形成的固态发光元件，该基板包括一层体、多数个分别形成在层体表面的环围体与中心体，环围体彼此间隔地规则周期排列并对应环围中心体，而使得环围任一中心体的多数环围体与该被环围的中心体共同形成一个光补偿腔，每一光补偿腔可将光局限在环围体形成的区间中，从而产生驻波强增效应，并相对增强散射效应以补偿光损失，进而可增加整体固态发光元件的发光亮度。
文档编号H01L33/00GK101364624SQ20071014321
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月7日 优先权日2007年8月7日
发明者徐智魁, 徐海文, 钟宽仁 申请人:新世纪光电股份有限公司