具有圖形化界面的發光元件及其制造方法
【專利摘要】本發明公開一種具有圖形化界面的發光元件及其制造方法。該發光元件包含一圖形化界面，由多個彼此相異的預定圖案結構組成，其中，各所述的多個彼此相異的預定圖案結構重復出現并使得任兩相鄰的預定圖案結構不相同。其制造方法包含以下步驟：提供一基材；根據一模擬運算產生一隨機圖案排列；形成一掩模層具有所述隨機圖案排列于基材上；移除部分的基材，使基材表面具有所述的隨機圖案排列。
【專利說明】具有圖形化界面的發光元件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有圖形化界面的發光元件。
【背景技術】
[0002]近幾年來發光二極管元件致力于亮度提升，期能最終應用于照明領域，以發揮節能省碳的功效。亮度的提升主要分兩部分，一為內部量子效率(Internal QuantumEfficiency5IQE)的提升，主要通過外延品質的改善以增進電子空穴的結合效率；另一方面為光摘出效率(Light Extraction Efficiency ；LEE)的提升,主要著重在使發光層發出的光線能有效穿透至元件外部，降低光線被發光二極管內部結構所吸收。
[0003]表面粗化技術被視為有效提升亮度的方法之一，現有的表面粗化技術為以機械研磨方法造成基板表面形成隨機分布的粗糙表面，此方法無法有效控制粗化尺寸，例如:深度或寬度，造成產品再現性不佳。況且于量產時，于此凌亂不一的表面上成長外延層，容易造成外延層品質不佳以及外延層的品質控制不易。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明的一方面在于提供一發光元件，其包含一圖形化界面由多個彼此相異的預定圖案結構組成，其中，各所述的多個彼此相異的預定圖案結構重復出現并使得任兩相鄰的預定圖案結構不相同。在一實施例中，所述的圖形化界面包含多個第一區域及多個第二區域交錯排列，其中，所述的多個彼此相異的預定圖案結構于各所述的多個第一區域及/或各所述的多個第二區域的排列各異。在另一實施例中，所述的發光元件還包含一基板及一外延疊層；其中，所述的圖形化界面形成于所述的基板及所述的外延疊層之間或形成于所述的外延疊層遠離所述的基板的表面上。
[0005]本發明的另一方面在于提供一發光元件的制造方法包含以下步驟:提供一基材；根據一模擬運算產生一隨機圖案排列；形成一掩模層具有所述的隨機圖案排列于所述的基材上；移除部分的所述的基材，使所述的基材表面具有所述的隨機圖案排列。在一實施例中，所述的模擬運算包括蒙地卡羅模擬運算(Monte Carlo Simulation)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為一剖面不意圖，顯不依本發明發光兀件的第一實施例；
[0007]圖2A?圖2E為上視示意圖，顯示依本發明發光元件的圖形化界面的第一至第五實施例；
[0008]圖3A?圖3D為剖面示意圖，顯示依本發明發光元件的第一實施例的制造方法；
[0009]圖4A?圖4D為剖面示意圖，顯示依本發明發光元件的第二實施例及其制造方法。
[0010]主要元件符號說明
[0011]100:發光元件；
[0012]10、100、101:成長基板；[0013]1011、1012、2032:圖形化表面；
[0014]102,202:非摻雜半導體層；
[0015]103、203:第一接觸層；
[0016]104、204:第一束縛層；
[0017]105、205:活性層；
[0018]106,206:第二束縛層；
[0019]107、207:第二接觸層；
[0020]108:電流分散層；
[0021]109:第一電極；
[0022]110:第二 電極；
[0023]20:圖形化光致抗蝕劑層；
[0024]208:反射層；
[0025]209:第一接合層；
[0026]301:載體；
[0027]302:第二接合層
[0028]A(l, I) ?A(3，3)、A(x，y):圖案化區域;
[0029]B1:第一群組的任一圖案結構；
[0030]b1:第二群組的任一圖案結構；
[0031]BB’:剖面線；
[0032]D:任二圖案結構幾何中心至幾何中心的距離；
[0033]S:任二圖案結構邊界的最短距離。
【具體實施方式】
[0034]圖1揭示一符合本發明的發光元件100，包含一成長基板101、一非摻雜半導體層102外延成長于成長基板101上、一具有第一摻雜質的第一接觸層103外延成長于非摻雜半導體層102上、一具有第一摻雜質的第一束縛層104外延成長于第一接觸層103上、一活性層105外延成長于第一束縛層104上，活性層105可受驅動發出具有一主波長(dominantwavelength)的光線、一具有第二摻雜質的第二束縛層106外延成長于活性層105上、一具有第二摻雜質的第二接觸層107外延成長于第二束縛層106上、一電流分散層108形成于第二接觸層107上，并與第二接觸層107形成良好的歐姆接觸、一第一電極109蒸鍍或濺鍍形成于裸露的第一接觸層103上、以及一第二電極110蒸鍍或濺鍍形成于電流分散層108上。其中，基板101與外延疊層皆為單晶結構，而外延疊層包含上述的第一束縛層104、第一接觸層103、活性層105、第一束縛層104、第二束縛層106、第二接觸層107、第二束縛層106、與電流分散層108。
[0035]在成長基板101與非摻雜半導體層102之間具有一圖形化界面1011，且圖形化界面1011由一預定數量η且彼此相異的預定圖案結構所組成，該些彼此相異的預定圖案結構大致為圓錐或角錐而所述的預定數量η介于10?100，較佳地介于10?50 ;在本實施例中，例如為凸出于基板101平面的多個彼此相異的預定圖案結構，其中所述的多個圖案結構可區分為第一群組及第二群組，圖案結構％泛指屬于第一群組的各圖案結構；圖案結構匕泛指與屬于第二群組的各圖案結構。第一群組的任兩圖案結構％間至少有一特征相異，此特征不限于特征尺寸、形狀、間距或其他結構特征；相同地，第二群組的任兩圖案結構h間至少有一特征相異，此特征不限于特征尺寸、形狀、間距或其他結構特征。并且，任一圖案結構選自于第一群組與任一圖案結構選自于第二群組也至少有一特征相異，此特征不限于特征尺寸、形狀、間距或其他結構特征。第一群組的多個圖案結構與第二群組的多個圖案結構重復地分布于圖形化界面1011上相異或不重疊的區域上。所述的圖案結構的特征尺寸約介于0.5 μ m至10 μ m之間，其中，于本發明說明所指的特征尺寸于一圖案結構的圖案邊界上任二點的最大距離，例如于一圓形圖案，所述的特征尺寸為圓形的直徑；于一矩形圖案，所述的特征尺寸為矩形的對角線長度。關于所述的圖形化界面的具體實施例，詳細說明如下。
[0036]圖2A進一步揭示圖1的圖形化界面1011的第一實施例，包括多個圖案化區域呈一矩陣排列，各圖案化區域的位置以A(x，y)表示，其中X及y分別對應圖示的水平及垂直座標軸方向的座標值，I = x = ;x、y、m及η均為正整數；m及η取決于發光元件的芯片尺寸；其中，任一 A(x，y)區域滿足X +y為偶數時，此區域包含第一群組的多個圖案結構(Multiple pattern structures)，例如 A (I, I)、A (1，3)、A (2, 2)、A (3, I)、A (3, 3)等區域；任一 A(x，y)區域滿足x +y為奇數時，此區域包含第二群組的多個圖案結構，例如A(2, I)、A(1，2) Λ(2, 3)、A(3，2)等區域。因此，具有第一群組的圖案結構的區域與具有第二群組的圖案結構的區域間隔及/或鄰近地排列，使得圖形化界面1011上的任兩個相鄰的圖案結構至少有一特征相異，此特征不限于特征尺寸、形狀、間距或其他結構特征。在本實施例中，A(l，l)由6個圖案結構組成，分別為&1~&6，其上視形狀均為圓形，但直徑各異，并且任二相鄰的兩個圖案結構的幾何中心至幾何中心的距離為D，其中D約介于I~10 μ m;并且任二相鄰的兩個圖案結構其邊界的最短距離S不小于0.1 μ m，較佳為介于0.1~5μηι;A(2, I)也由6個圖案結構組成，分別為Id1~b6，其形狀均為圓形，但直徑各異，并且任二相鄰的兩個圖案結構的幾何中心至幾何中心的距離為D ;并且任二相鄰的兩個圖案結構其邊界的最短距離不小于0.1 μ m，較佳為介于0.1~5 μ m。其中，~a6的特征尺寸(即直徑)ri~r6滿足以下的方程式:
【權利要求】
1.一種發光元件，包含一圖形化界面，由多個彼此相異的預定圖案結構組成，其中，各該些預定圖案結構為重復出現并使得任兩相鄰的預定圖案結構不相同。
2.如權利要求1所述的發光元件，其中，該些彼此相異的預定圖案結構的上視形狀相同，但特征尺寸各異。
3.如權利要求1所述的發光元件，其中，各該些彼此相異的預定圖案結構的上視形狀為正多邊形或圓形。
4.如權利要求2所述的發光元件，其中，該上視形狀的特征尺寸介于0.5 μ m至10 μ m之間。
5.如權利要求1所述的發光元件，其中，任兩相鄰的該些彼此相異的預定圖案結構的幾何中心至幾何中心的距離大約相同，但此兩相鄰的圖案結構的特征尺寸不同。
6.如權利要求2所述的發光元件，其中，該些彼此相異的預定圖案結構的特征尺寸滿足以下公式:
7.如權利要求1所述的發光元件，其中，該些彼此相異的預定圖案結構大致為圓錐或角錐。
8.如權利要求1所述的發光元件，其中，該圖形化界面包含第一區域及相鄰并可區別于該第一區域的第二區域，其中該第一區域包含一部分的該些彼此相異的預定圖案結構，該第二區域包含另一部分的該些彼此相異的預定圖案結構。
9.如權利要求8所述的發光元件，其中，該圖形化界面包含多個該第一區域及多個第該二區域交錯排列，其中，該些預定圖案結構于各該多個第一區域及/或各該多個第二區域的排列各異。
10.如權利要求9所述的發光元件，其中，該些預定圖案結構于各該多個第一區域及/或各該多個第二區域呈一二維陣列排列。
11.如權利要求1所述的發光元件，還包含基板及外延疊層；其中，該圖形化界面形成于該基板及該外延疊層之間。
12.如權利要求11所述的發光元件，其中該基板與該外延疊層為單晶結構。
13.如權利要求1所述的發光元件，還包含基板及外延疊層；其中，該圖形化界面形成于該外延疊層遠離該基板的表面上。
14.如權利要求13所述的發光元件，還包含粘著層，介于該基板及該外延疊層之間。
15.如權利要求1所述的發光元件，其中，該圖形化界面還包含一基于該圖形化界面上所形成的高低不超過0.5 μ m的微結構。
16.一發光元件的制造方法，包含以下步驟: 提供一基材； 根據一模擬運算產生一隨機圖案排列； 形成一掩模層具有該隨機圖案排列于該基材上；以及 移除部分的該基材，使該基材表面具有該隨機圖案排列。
17.如權利要求16所述的制造方法，其中該模擬運算包括蒙地卡羅模擬運算(MonteCarlo Simulation)。
18.如權利要求16所述的制造方法，還包括移除該掩模層。
19.如權利要求16所述的制造方法,還包括外延成長一外延疊層于該基材上。
20.如權利要求16所述的制造方法，其中該隨機圖案排列由多個彼此相異的預定圖案結構組成；其中，各 該些預定圖案結構為重復出現并使得任兩相鄰的預定圖案結構不相同。
【文檔編號】H01L33/00GK103456854SQ201310202914
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2012年5月28日
【發明者】富振華, 李政憲, 黃啟豪 申請人:晶元光電股份有限公司