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    • 专利摘要:
    本發明提供一種用於改善輻射穿過界面之傳播的異形表面。該異形表面包括提供該異形表面之第一變化的大粗糙組件之集合，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度。該異形表面亦包括疊置於大粗糙組件之該集合上且提供該異形表面之第二變化的小粗糙組件之集合，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度。
    公开号:TW201308668A
    申请号:TW101121634
    申请日:2012-06-15
    公开日:2013-02-16
    发明作者:麥辛Ｓ 夏塔洛夫；艾利斯安德 多賓斯基；麥克 西爾；雷米吉斯 格斯卡
    申请人:感應電子科技股份有限公司；
    IPC主号:F21V5-00
    专利说明:
    具有改善擷取之發射裝置
    本發明大體而言係關於發射裝置，且更特定而言係關於具有經改善之光擷取的發射裝置。
    本申請案主張同在申請中之題為「Light Emitting Diodes with Improved Extraction」的美國臨時申請案第61/497,489號之權利，該申請案在2011年6月15日申請且特此以引用之方式併入。
    諸如發光二極體(LED)及雷射二極體(LD)之半導體發射裝置包括由III-V族半導體組成的固態發射裝置。III-V族半導體之子集包括第III族氮化物合金，其可包括銦(In)、鋁(Al)、鎵(Ga)及氮(N)之二元、三元及四元合金。基於第III族氮化物之說明性LED及LD可呈形式InyAlxGa1-x-yN，其中x及y指示給定元素之莫耳分率，0x，y1且0x+y1。基於第III族氮化物之其他說明性LED及LD係基於氮化硼(B)(BN)，且可呈形式GazInyAlxB1-x-y-zN，其中0x，y、z1且0x+y+z1。
    LED通常由半導體層組成。在LED之操作期間，跨越摻雜層之所施加偏壓導致電子及電洞注入至作用層中，其中電子電洞重組導致光產生。光經產生而具有均一角分佈，且藉由在所有方向上橫穿半導體層來逸出LED晶粒。每一半導性層具有各種元素之特定莫耳分率(例如，x、y及z)組合，該組合影響該層之光學屬性。詳言之，層之折射率及吸收特性對半導體合金之莫耳分率為敏感的。
    將兩層之間的界面定義為半導體異質接面。在界面處，假定莫耳分率之組合改變達離散量。莫耳分率之組合連續地改變之層可稱為梯度式的。半導體合金之莫耳分率的改變可允許能帶間隙控制，但可導致材料之光學屬性的急劇變化，且導致光捕捉。層之間以及基板與其周圍事物之間的折射率之較大改變導致較小全內反射(TIR)角(其限制條件為光自高折射率材料行進至具有較低折射率之材料)。小TIR角導致大分率光線自界面邊界反射，藉此導致光捕捉及隨後由層或LED金屬接點吸收。
    界面處之粗糙度藉由提供額外表面而允許光捕捉之部分緩解，光可在不自界面全內反射之情況下穿過該等額外表面逸出。然而，歸因於菲涅耳(Fresnel)損失，即使不經歷TIR，光亦僅可部分透射穿過該界面。Fresnel損失與針對所有入射光角在界面處部分反射之光相關聯。界面之每一側面上之材料的光學屬性判定Fresnel損失之量值，其可為所透射光之顯著分率。
    本發明之態樣提供一種用於改善輻射穿過界面之傳播的異形表面。該異形表面包括提供異形表面之第一變化的大粗糙組件之集合，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度。該異形表面亦包括疊置於大粗糙組件之該集合上且提供異形表面之第二變化的小粗糙組件之集合，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度。
    本發明之第一態樣提供一種裝置，其包含：至少部分透明層，其具有第一側面及第二側面，其中輻射經由該第一側面進入該至少部分透明層且經由該第二側面射出該至少部分透明層，且其中該第一側面或該第二側面中之至少一者包含異形表面，該異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一變化，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二變化，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    本發明之第二態樣提供一種方法，其包含：針對裝置之至少部分透明層設計異形表面，其中輻射在該裝置之操作期間通過該異形表面，其中該異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一非均一變化，該第一非均一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二非均一變化，該第二非均一變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    本發明之第三態樣提供一種發射裝置，其包含：作用區，其經組態以產生具有峰值波長之輻射；及該作用區之第一側面上的至少部分透明層，其中在該作用區中產生之輻射通過該至少部分透明層，且其中該至少部分透明層包括至少一異形表面，其中該至少一異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一變化，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二變化，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    本發明之說明性態樣經設計以解決本文中描述之問題中的一或多者及/或未論述之一或多個其他問題。
    本發明之此等及其他特徵自結合隨附圖式進行的本發明之各種態樣的以下詳細描述將更易於理解，該等圖式描繪本發明之各種態樣。
    注意，圖式可能未必按比例繪製。該等圖式僅意欲描繪本發明之典型態樣，且因此不應視作限制本發明之範疇。在諸圖式中，相同編號表示圖式間之相同元件。
    如上文所指示，本發明之態樣提供用於改善輻射穿過界面之傳播的異形表面。該異形表面包括提供異形表面之第一變化的大粗糙組件之集合，該第一變化具有約為大於輻射之目標波長之量級的特性尺度。異形表面亦包括疊置於大粗糙組件之集合上且提供異形表面之第二變化的小粗糙組件之集合，該第二變化具有約為輻射之目標波長的特性尺度。如本文中所使用，除非另外指出，否則術語「集合」意謂一或多個(亦即，至少一個)，且片語「任何解決方案」意謂任何如今已知或稍後開發之解決方案。
    轉向圖式，圖1展示根據一實施例之說明性發射裝置10的示意性結構。在較特定實施例中，發射裝置10經組態以作為發光二極體(LED)(諸如習知或超發光LED)而操作。或者，發射裝置10可經組態以作為雷射二極體(LD)而操作。在任一狀況下，在發射裝置10之操作期間，應用與能帶間隙相稱之偏壓導致自發射裝置10之作用區18發射電磁輻射。由發射裝置10發射之電磁輻射可包含在任何波長範圍內之峰值波長，波長範圍包括可見光、紫外線輻射、深紫外線輻射、紅外光及/或其類似者。
    發射裝置10包括異質結構，該異質結構包含基板12、鄰近於基板12之緩衝層14、鄰近於緩衝層14之n型被覆層16(例如，電子供應層)，及具有鄰近於n型被覆層16之n型側面19A的作用區18。此外，發射裝置10之異質結構包括鄰近於作用區18之p型側面19B的p型層20(例如，電子阻擋層)及鄰近於p型層20之p型被覆層22(例如，電洞供應層)。
    在較特定說明性實施例中，發射裝置10為基於III-V族材料之裝置，其中各個層中之一些或全部由選自III-V族材料系統之元素形成。在更特定說明性實施例中，發射裝置10之各層係由基於第III族氮化物之材料形成。第III族氮化物材料包含一或多種第III族元素(例如，硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)及銦(In))及氮(N)，使得BWAlXGaYInZN，其中0W，X、Y、Z1且W+X+Y+Z=1。說明性第III族氮化物材料包括AlN、GaN、InN、BN、AlGaN、AlInN、AlBN、AlGaInN、AlGaBN、AlInBN及AlGaInBN，其中第III族元素具有任何莫耳分率。
    基於第III族氮化物之發射裝置10的說明性實施例包括由In y Al x Ga 1-x-y N、Ga z In y Al x B 1-x-y-z N、Al x Ga 1-x N半導體合金或其類似者組成之作用區18(例如，一系列交替量子井及障壁)。類似地，n型被覆層16及p型層20兩者皆可由In y Al x Ga 1-x-y N合金、Ga z In y Al x B 1-x-y-z N合金或其類似者組成。由x、y及z給出之莫耳分率在各層16、18及20之間可不同。基板12可為藍寶石、碳化矽(SiC)、矽(Si)、GaN、AlGaN、AlON、LiGaO2，或另一合適材料，且緩衝層14可由AlN、AlGaN/AlN超晶格及/或其類似者組成。
    如關於發射裝置10所展示，p型金屬24可附接至p型被覆層22，且p型接點26可附接至p型金屬24。類似地，n型金屬28可附接至n型被覆層16，且n型接點30可附接至n型金屬28。p型金屬24及n型金屬28可分別與對應層22、16形成歐姆接觸。在一實施例中，p型金屬24及n型金屬28各自包含若干導電及反射金屬層，而n型接點30及p型接點26各自包含高度導電金屬。在一實施例中，p型被覆層22及/或p型接點26對於由作用區18產生之電磁輻射可為至少部分透明的(例如，半透明或透明)。舉例而言，p型被覆層22及/或p型接點26可包含短週期超晶格晶格結構，諸如至少部分透明之摻有鎂(Mg)的AlGaN/AlGaN短週期超晶格結構(SPSL)。此外，p型接點26及/或n型接點30可至少部分反射由作用區18產生之電磁輻射。在另一實施例中，n型被覆層16及/或n型接點30可由短週期超晶格(諸如AlGaN SPSL)形成，短週期超晶格對於由作用區18產生之電磁輻射為至少部分透明的。
    如本文中所使用，當一層允許在輻射波長之對應範圍中的電磁輻射之至少一部分通過其中時，該層為至少部分透明的。舉例而言，一層可經組態以對於對應於由作用區18發射的光(諸如紫外光或深紫外光)之峰值發射波長(例如，峰值發射波長+/-五奈米)的輻射波長之範圍為至少部分透明的。如本文中所使用，若一層允許輻射之約0.5%以上通過其中，則其對輻射為至少部分透明的。在較特定實施例中，至少部分透明層經組態以允許輻射之約5%以上通過其中。類似地，當一層反射相關電磁輻射(例如，具有接近於作用區之峰值發射的波長的光)之至少一部分時，該層為至少部分反射的。在一實施例中，至少部分反射層經組態以反射輻射之至少約5%。
    如關於發射裝置10進一步展示，裝置10可經由接點26、30安裝至底座36。在此狀況下，基板12位於發射裝置10之頂部上。就此而言，p型接點26及n型接點30可分別經由接觸襯墊32、34而皆附接至底座36。底座36可由氮化鋁(AlN)、碳化矽(SiC)及/或其類似者形成。
    發射裝置10之各層中之任一者可包含實質上均一組合物或梯度式組合物。舉例而言，一層可在與另一層之異質界面處包含梯度式組合物。在一實施例中，p型層20包含具有梯度式組合物之p型阻擋層。可包括梯度式組合物以(例如)減小應力、改善載子注入及/或其類似者。類似地，一層可包含包括複數個週期之超晶格，該超晶格可經組態以減小應力及/或其類似者。在此狀況下，組合物及/或每一週期之寬度可在週期間週期性或非週期性地變化。
    應理解，本文中描述之發射裝置10的層組態僅為說明性的。就此而言，發射裝置/異質結構可包括替代層組態、一或多個額外層及/或其類似者。結果，儘管各層展示為彼此緊鄰(例如，彼此接觸)，但應理解，一或多個中間層可存在於發射裝置/異質結構中。舉例而言，說明性發射裝置/異質結構可在作用區18與p型被覆層22及電子供應層16中之一者或兩者之間包括無摻雜層。
    此外，發射裝置/異質結構可包括分佈布拉格反射器(DBR)結構，其可經組態以反射特定波長之光(諸如由作用區18發射之光)，藉此增強裝置/異質結構之輸出功率。舉例而言，DBR結構可位於p型被覆層22與作用區18之間。類似地，裝置/異質結構可包括位於p型被覆層22與作用區18之間的p型層。DBR結構及/或p型層可包含基於由裝置/異質結構產生之光的所要波長之任何組合物。在一實施例中，DBR結構包含摻雜有Mg、Mn、Be或Mg+Si之p型組合物。p型層可包含p型AlGaN、AlInGaN及/或其類似者。應理解，裝置/異質結構可包括DBR結構及p型層(其可位於DBR結構與p型被覆層22之間)兩者，或可僅包括DBR結構或p型層中之一者。在一實施例中，p型層可包括於裝置/異質結構中以代替電子阻擋層。在另一實施例中，p型層可包括於p型被覆層22與電子阻擋層之間。
    無論如何，如圖1中所說明，裝置10可包括在作用區18之第一側面上的一或多個至少部分反射層及在作用區18之對置側面上的具有異形表面40A至40C之一或多個層，在作用區18中產生之輻射可經由該一或多個層而離開裝置10。如所說明，每一異形表面40A至40C經組態以針對兩個鄰近層之間的界面及/或裝置10與周圍環境之間的界面提供邊界，該邊界為不平的或粗糙的而非實質上光滑的。在一實施例中，裝置10可在折射率急劇改變(例如，折射率之差異大於或等於約5%)之每一界面處包括異形表面40A至40C。舉例而言，如本文中所描述，基板12可由藍寶石製成，緩衝層14可為AlN，且被覆層14可為AlGaN。對於說明性目標波長，此等材料可分別具有1.8、2.3及2.5之折射率。就此而言，裝置10展示為包括：在基板12與環境(其具有約為1之折射率)之間的界面處之異形表面40A；緩衝層14與基板12之間的界面處之異形表面40B；及/或n型被覆層16與緩衝層14之間的界面處之異形表面40C。在此狀況下，緩衝層14可充當插入於具有兩個不同折射率之兩種材料之間的光擷取薄膜以提供折射率之較逐步轉變。
    應理解，裝置10之各種實施例可包括在一或多個界面之任何組合處的如本文中描述而經組態之異形表面。就此而言，異形表面可包括於任一類型之基於第III族氮化物的半導體表面(諸如AlInGaN或AlBGaN半導體合金)上。此外，異形表面可包括(例如)於紫外線透明玻璃、沈積於基於第III族氮化物之半導體表面上的具有匹配折射率之聚合物，及/或其類似者上。
    每一異形表面40A至40C可經組態以分別改善自對應之至少部分透明層12、14、16之輻射的擷取。舉例而言，在裝置10之操作期間，輻射可在作用區18中產生，且在自裝置10發射之前行進穿過至少部分透明層16、14、12。與在層12、14、16之間具有實質上光滑邊界之裝置相比，異形表面40C、40B可經組態以分別增加射出第一層16、14且進入鄰近層14、12之輻射量。類似地，與具有實質上光滑外表面之裝置相比，異形表面40A可經組態以增加(例如)經由基板12射出裝置10且進入至周圍環境中之輻射量。
    如所說明，可使用複數個粗糙元件形成異形表面40A至40C，該等粗糙元件諸如形成異形表面40A之部分的粗糙元件42A、42B。每一粗糙元件42A、42B可經組態以提供用於反射及折射光之額外表面，藉此促進自對應層(例如，基板12)之光擷取。在一實施例中，粗糙元件42A、42B由大粗糙組件形成，小粗糙組件如本文中所描述疊置於大粗糙組件上。儘管異形表面40A至40C中之每一者展示為包括特定數目個粗糙元件42A、42B，該等粗糙元件42A、42B中之每一者經組態以實質上彼此類似，但應理解，每一異形表面40A至40C可由具有組態之任何組合的任何數目個粗糙元件形成。
    在一實施例中，粗糙元件42A、42B之大粗糙組件提供異形表面40A之具有大於目標波長之特性尺度的變化。可基於在裝置10之操作期間通過界面所需要的輻射之峰值波長來選擇目標波長，且目標波長可在波長之任何範圍內，包括可見光、紫外線輻射、深紫外線輻射、紅外光及/或其類似者。在一實施例中，目標波長對應於在作用區18中產生之輻射的峰值波長。在較特定實施例中，由大粗糙組件提供之變化的特性尺度約為大於目標波長之量級(例如，十倍)，且可基於大粗糙組件之平均高度及/或寬度來判定該特性尺度。在一實施例中，大粗糙組件具有(例如)約兩微米至四微米之可比高度及寬度。包括大粗糙組件可減少與TIR相關聯之損失。
    另外，粗糙元件42A、42B之小粗糙組件可提供異形表面40A之具有約為目標波長之特性尺度的變化。就此而言，由小粗糙組件提供之變化的特性尺度可在目標波長之約10%至200%之間，且可基於小粗糙組件之平均高度來判定該特性尺度。在一實施例中，小粗糙組件具有在約十奈米至一百奈米之間的高度。包括小粗糙組件可減少Fresnel損失。此外，小粗糙組件可形成光子晶體，光子晶體經組態以引導目標波長之輻射以促進其自層的擷取。
    圖2A及圖2B分別展示根據一實施例之說明性粗糙元件42及說明性粗糙元件模型50。如圖2A中說明，粗糙元件42包括大粗糙組件44，小粗糙組件46疊置於大粗糙組件44上。大粗糙組件44展示為具有截頭三角形截面，其可對應於具有任何數目個側面的截頭圓錐或截頭角錐。小粗糙組件46說明為材料之一系列峰及谷，該等峰及谷具有自大粗糙組件44之截頭部分45延伸的高度及位置之隨機變化。小粗糙組件46可減少Fresnel損失。如圖2B中所說明，粗糙元件模型50可包括大粗糙組件模型52及小粗糙組件模型54。大粗糙組件模型52可包含(例如)截頭圓錐或截頭角錐形狀。小粗糙組件模型54可將小粗糙組件46模型化為具有厚度L之中間層，其中厚度對應於小粗糙組件46之特性尺度，且可量測為粗糙元件42上之最低谷與最高峰之間的距離。
    小粗糙組件46可將梯度式折射率引入至粗糙元件42中。詳言之，對於沿著小粗糙組件模型54之中間層之厚度L的給定高度h，可藉由計算形成粗糙元件42之材料與鄰近於粗糙元件42之材料(例如，輻射在射出粗糙元件42之後透射至其中之層/環境)的折射率之間的平均值來估計對應折射率，其中該平均值由給定高度h處之小粗糙組件46的分率截面積加權。
    圖3展示根據一實施例之小粗糙組件46(圖2A)在入射角(Θ)之範圍內對透射率(T)的影響。在此狀況下，粗糙元件包括於具有折射率n=1.825之藍寶石基板12(圖1)與周圍空氣(具有約等於1之折射率)之間的界面處以用於在真空中具有給定波長λ0之輻射。如所說明，當不包括小粗糙組件46時(亦即，L=0λ0)，透射率具有約0.92之最大值，且當入射角超過約20度時開始顯著下降。當小粗糙組件46具有為約0.25λ0之厚度L時，最大透射率增加至約0.98，且經維持直至入射角超過約28度為止。當小粗糙組件46具有在約0.5λ0與1λ0之間或更大的厚度L時，透射率超過0.99直至入射角超過約28度為止。因此，小粗糙組件46可減少Fresnel損失，此與無小粗糙組件46之界面相比導致自藍寶石基板12之較高輻射擷取。
    圖4展示根據一實施例之小粗糙組件46之尺寸對梯度式折射率的影響。如所說明，當距大粗糙組件44(圖2A)之距離z增加時，梯度式折射率自小粗糙組件46之材料(例如，藍寶石)的折射率逐漸轉變至鄰近材料(例如，空氣)之折射率。
    圖5A及圖5B分別展示根據一實施例之具有恆定折射率及梯度式折射率之粗糙元件60A、60B的說明性示意圖。在每一狀況下，發光源位於鄰接圓柱62之最右表面中的圓錐之基座處。圓柱62之壁經設定為部分吸收鏡以模擬典型發光二極體中之光的吸收。粗糙元件60A包含具有光滑側面之圓錐形狀。相比之下，粗糙元件60B包含側面上疊置有小粗糙組件之圓錐形狀(例如，大粗糙組件)。因此，與粗糙元件60A之側面相比，粗糙元件60B之側面具有覆有絨毛樣的外表。
    圖6A及圖6B分別展示根據一實施例之針對圖5A及圖5B之圓錐60A、60B的說明性光分佈及對應光擷取效率(LEE)。如所說明，針對穿過具有梯度式折射率之圓錐60B的光之透射的LEE(圖6B中所展示)明顯高於針對穿過具有恆定折射率之圓錐60A的光之透射的LEE(圖6A中所展示)，例如，改善達10%以上。
    圖7A至圖7C分別展示根據實施例之說明性大粗糙組件70A、70B及對應之強度的說明性極座標圖。在圖7A中，大粗糙組件70A呈截頭圓錐之形狀，而圖7B之大粗糙組件70B呈截頭角錐之形狀。每一大粗糙組件70A、70B可包含倒截頭元件，其中基座B小於頂部T，基座B為大粗糙組件70A、70B之鄰近於對應層(例如，基板12)的部分。儘管未圖示，但應理解，每一大粗糙組件70A、70B可用以藉由將小粗糙組件疊置於(例如)截頭形狀之頂表面上來形成粗糙元件。此外，儘管大粗糙組件70B之截頭角錐展示為具有具四個側面之基座及頂部，但應理解，角錐之基座及頂部可為具有任何數目個側面的多邊形。
    (例如)藉由設計大粗糙組件70A、70B以判定用於目標波長之輻射的發射圓錐角，大粗糙組件70A、70B之此組態可用於(例如)光聚焦以便促進光自層之擷取。就此而言，大粗糙組件70A之截頭圓錐形狀的側面可形成小於90度之角Θ。類似地，大粗糙組件70B之截頭角錐形狀的側面與大粗糙組件44A之截頭圓錐形狀的側面可相對於法線形成小於45度之角。以此方式，增加之光反射量將導致光自層導出。圖7C展示用於大粗糙組件70A之強度分佈的說明性極座標圖。
    返回圖1，應理解，可使用任何解決方案來製造裝置10或用於形成裝置10之異質結構，包括具有異形表面之一或多個層(諸如層12、14及16)。舉例而言，可藉由獲得(例如，形成、製備、獲取及/或其類似者)基板12、在基板12上形成(例如，生長、沈積、黏附及/或其類似者)緩衝層14及在緩衝層14上方形成n型被覆層16來製造發射裝置/異質結構。此外，可使用任何解決方案在n型被覆層16上方形成作用區18(例如，包括量子井及障壁)。可使用任何解決方案在作用區18上方形成p型層20，且可在p型層20上形成p型被覆層22。另外，可使用任何解決方案形成一或多個金屬層、接點及/或額外層。此外，異質結構/裝置可經由接觸襯墊附接至底座。
    應理解，製造發射裝置/異質結構可包括沈積及移除臨時層(諸如遮罩層)、圖案化一或多個層、形成未圖示之一或多個額外層，及/或其類似者。就此而言，可使用沈積及/或蝕刻之任何組合來製造異形表面40A至40C。舉例而言，製造可包括選擇性沈積及/或蝕刻材料之奈米尺度物件(諸如奈米點及/或奈米桿)以形成大及/或小粗糙組件。此沈積及/或蝕刻可用以形成週期性及/或非週期性隨機圖案。
    儘管本文中展示且描述為設計及/或製造改善自裝置之光擷取之發射裝置的方法，但應理解，本發明之態樣進一步提供各種替代實施例。舉例而言，可實施本發明之態樣以促進光在裝置內之透射(例如)以作為雷射光產生結構之光學泵激的部分、使用雷射脈衝之載體氣體的激發及/或其類似者。類似地，可結合感測裝置(諸如光感測器或光偵測器)實施本發明之實施例。在每一狀況下，異形表面可包括於裝置之外表面及/或裝置之兩個鄰近層的界面中以便促進光以所要方向穿過界面之透射。
    在一實施例中，本發明提供設計及/或製造電路之方法，該電路包括如本文中所描述而設計及製造的裝置中之一或多者。就此而言，圖8展示根據一實施例之用於製造電路126的說明性流程圖。起初，使用者可利用裝置設計系統110產生用於如本文中描述之半導體裝置的裝置設計112。裝置設計112可包含程式碼，程式碼可由裝置製造系統114使用以根據由裝置設計112界定之特徵產生實體裝置116之集合。類似地，裝置設計112可提供至電路設計系統120(例如，作為供電路中使用之可用組件)，使用者可利用電路設計系統120以產生電路設計122(例如，藉由將一或多個輸入端及輸出端連接至包括於電路中之各種裝置)。電路設計122可包含包括如本文中描述而設計之裝置的程式碼。在任何狀況下，電路設計122及/或一或多個實體裝置116可提供至電路製造系統124，電路製造系統124可根據電路設計122產生實體電路126。實體電路126可包括如本文中描述而設計之一或多個裝置116。
    在另一實施例中，本發明提供用於設計如本文中描述之半導體裝置116的裝置設計系統110及/或用於製造如本文中描述之半導體裝置116的裝置製造系統114。在此狀況下，系統110、114可包含經程式化以實施設計及/或製造如本文中描述之半導體裝置116之方法的通用計算裝置。類似地，本發明之實施例提供用於設計電路126之電路設計系統120及/或用於製造電路126之電路製造系統124，電路126包括如本文中描述而設計及/或製造之至少一裝置116。在此狀況下，系統120、124可包含經程式化以實施設計及/或製造電路126之方法的通用計算裝置，電路126包括如本文中描述之至少一半導體裝置116。
    在又一實施例中，本發明提供一種固定於至少一電腦可讀媒體中之電腦程式，該電腦程式在執行時使電腦系統能夠實施設計及/或製造如本文中描述之半導體裝置的方法。舉例而言，電腦程式可使裝置設計系統110能夠產生如本文中描述之裝置設計112。就此而言，電腦可讀媒體包括程式碼，該程式碼在由電腦系統執行時實施本文中描述之程序中的一些或全部。應理解，術語「電腦可讀媒體」包含如今已知或稍後開發之任何類型之有形表達媒體中的一或多者，可藉由計算裝置自有形表達媒體感知、再生或以其他方式傳達程式碼之所儲存複本。
    在另一實施例中，本發明提供一種提供程式碼之複本的方法，該程式碼在由電腦系統執行時實施本文中描述之程序的一些或全部。在此狀況下，電腦系統可處理程式碼之複本以產生及傳輸資料信號之集合以用於在第二不同位置處接收，資料信號之該集合具有以將程式碼之複本編碼於資料信號之集合中的方式設定及/或改變之特性中之一或多者。類似地，本發明之實施例提供一種獲取實施本文中描述的程序中之一些或全部的程式碼之複本的方法，該方法包括電腦系統接收本文中描述之資料信號的集合，及將資料信號之集合轉譯為固定於至少一電腦可讀媒體中的電腦程式之複本。在任一狀況下，可使用任何類型之通信鏈路傳輸/接收資料信號之集合。
    在又一實施例中，本發明提供一種產生用於設計如本文中描述之半導體裝置的裝置設計系統110及/或用於製造如本文中描述之半導體裝置的裝置製造系統114之方法。在此狀況下，可獲得(例如，建立、維持、使得可用等)電腦系統，且可獲得(例如，建立、購買、使用、修改等)用於執行本文中描述之程序的一或多個組件，且可將該一或多個組件部署至該電腦系統。就此而言，部署可包含以下中之一或多者：(1)將程式碼安裝於計算裝置上；(2)將一或多個計算裝置及/或I/O裝置添加至電腦系統；(3)併入及/或修改電腦系統以使其能夠執行本文中描述之程序；及/或其類似者。
    已出於說明及描述之目的而呈現本發明之各種態樣的前述描述。其不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式，且明顯地，許多修改及變化係可能的。對於熟習此項技術者可顯而易見之此等修改及變化包括於如由所附申請專利範圍界定之本發明的範疇內。
    10‧‧‧發射裝置
    12‧‧‧基板
    14‧‧‧緩衝層
    16‧‧‧n型被覆層/電子供應層
    18‧‧‧作用區
    19A‧‧‧n型側面
    19B‧‧‧p型側面
    20‧‧‧p型層
    22‧‧‧p型被覆層
    24‧‧‧p型金屬
    26‧‧‧p型接點
    28‧‧‧n型金屬
    30‧‧‧n型接點
    32‧‧‧接觸襯墊
    34‧‧‧接觸襯墊
    36‧‧‧底座
    40A‧‧‧異形表面
    40B‧‧‧異形表面
    40C‧‧‧異形表面
    42‧‧‧粗糙元件
    42A‧‧‧粗糙元件
    42B‧‧‧粗糙元件
    44‧‧‧大粗糙組件
    45‧‧‧截頭部分
    46‧‧‧小粗糙組件
    50‧‧‧粗糙元件模型
    52‧‧‧大粗糙組件模型
    54‧‧‧小粗糙組件模型
    60A‧‧‧粗糙元件
    60B‧‧‧粗糙元件
    62‧‧‧圓柱
    70A‧‧‧大粗糙組件
    70B‧‧‧大粗糙組件
    110‧‧‧裝置設計系統
    112‧‧‧裝置設計
    114‧‧‧裝置製造系統
    116‧‧‧實體裝置/半導體裝置
    120‧‧‧電路設計系統
    122‧‧‧電路設計
    124‧‧‧電路製造系統
    126‧‧‧電路
    B‧‧‧基座
    L‧‧‧厚度
    T‧‧‧頂部
    圖1展示根據一實施例之說明性發射裝置的示意性結構。
    圖2A及圖2B分別展示根據一實施例之說明性粗糙元件及說明性粗糙元件模型。
    圖3展示根據一實施例之小粗糙組件在入射角之範圍內對透射的影響。
    圖4展示根據一實施例之小粗糙組件之尺寸對梯度式折射率的影響。
    圖5A及圖5B分別展示根據一實施例之具有恆定折射率及梯度式折射率之粗糙元件的說明性示意圖。
    圖6A及圖6B分別展示根據一實施例之針對恆定折射率圓錐及梯度式折射率圓錐之說明性光分佈及對應光擷取效率(LEE)。
    圖7A至圖7C展示根據實施例之說明性大粗糙組件及對應之強度的說明性極座標圖。
    圖8展示根據一實施例之用於製造電路的說明性流程圖。
    10‧‧‧發射裝置
    12‧‧‧基板
    14‧‧‧緩衝層
    16‧‧‧n型被覆層/電子供應層
    18‧‧‧作用區
    19A‧‧‧n型側面
    19B‧‧‧p型側面
    20‧‧‧p型層
    22‧‧‧p型被覆層
    24‧‧‧p型金屬
    26‧‧‧p型接點
    28‧‧‧n型金屬
    30‧‧‧n型接點
    32‧‧‧接觸襯墊
    34‧‧‧接觸襯墊
    36‧‧‧底座
    40A‧‧‧異形表面
    40B‧‧‧異形表面
    40C‧‧‧異形表面
    42A‧‧‧粗糙元件
    42B‧‧‧粗糙元件
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種裝置，其包含：至少部分透明層，其具有第一側面及第二側面，其中輻射經由該第一側面進入該至少部分透明層且經由該第二側面射出該至少部分透明層，且其中該第一側面或該第二側面中之至少一者包含異形表面，該異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一變化，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二變化，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    [2] 如請求項1之裝置，其中該第一變化或該第二變化中之至少一者為非週期性隨機變化。
    [3] 如請求項1之裝置，其中大粗糙組件之該集合包含一系列形狀，該等形狀為以下形狀中之至少一者：截頭角錐或截頭圓錐。
    [4] 如請求項3之裝置，其中該系列形狀經倒轉地截頭以促進該輻射之聚焦。
    [5] 如請求項3之裝置，其中該系列形狀中之每一者具有比正常情況小之圓錐張角。
    [6] 如請求項3之裝置，其中該系列形狀中之每一者的側面與該形狀之基座的法線形成小於45度之角。
    [7] 如請求項1之裝置，其中小粗糙組件之該集合形成光子晶體。
    [8] 如請求項1之裝置，其中該至少部分透明層為用於該裝置之基板，且其中該異形表面為該基板之外表面。
    [9] 如請求項1之裝置，其中該裝置經組態以作為以下各者中之一者而操作：發光二極體、雷射二極體或超發光發光二極體，且其中該輻射之該目標波長對應於在該裝置之作用區中產生的輻射之峰值波長。
    [10] 一種方法，其包含：針對裝置之至少部分透明層設計異形表面，其中輻射在該裝置之操作期間通過該異形表面，其中該異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一非均一變化，該第一非均一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二非均一變化，該第二非均一變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    [11] 如請求項10之方法，其進一步包含製造包括該至少部分透明層之該裝置，其中該製造包括製造該異形表面。
    [12] 如請求項11之方法，其中該製造該異形表面包括使用奈米點之選擇性沈積或選擇性蝕刻中之至少一者來形成以下各者中之至少一者：大粗糙組件之該集合或小粗糙組件之該集合。
    [13] 如請求項11之方法，其中該製造該異形表面包括使用奈米桿之選擇性沈積或選擇性蝕刻中之至少一者來形成以下各者中之至少一者：大粗糙組件之該集合或小粗糙組件之該集合。
    [14] 如請求項11之方法，其中大粗糙組件之該集合包含一系列形狀，該等形狀為以下形狀中之至少一者：截頭角錐或截頭圓錐，且其中小粗糙組件之該集合包含形成該至少部分透明層之材料的複數個峰及谷。
    [15] 一種發射裝置，其包含：作用區，其經組態以產生具有峰值波長之輻射；及在該作用區之第一側面上的至少部分透明層，其中在該作用區中產生之輻射通過該至少部分透明層，且其中該至少部分透明層包括至少一異形表面，其中該至少一異形表面包括：大粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第一變化，該第一變化具有約為大於該輻射之目標波長之量級的特性尺度；及小粗糙組件之集合，其提供該異形表面之第二變化，該第二變化具有約為該輻射之該目標波長的特性尺度，其中小粗糙組件之該集合疊置於大粗糙組件之該集合上。
    [16] 如請求項15之裝置，其中大粗糙組件之該集合包含一系列形狀，該等形狀為以下形狀中之至少一者：截頭角錐或截頭圓錐。
    [17] 如請求項16之裝置，其中小粗糙組件之該集合包含形成該至少部分透明層之材料的複數個峰及谷。
    [18] 如請求項15之裝置，其進一步包含在該作用區之與該第一側面對置的第二側面上之至少部分反射層。
    [19] 如請求項15之裝置，其中該裝置係使用基於第III族氮化物之異質結構而形成。
    [20] 如請求項15之裝置，其中該至少部分透明層包含該裝置之藍寶石基板，且其中該至少一異形表面包含該基板之外表面。
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161497489P| true| 2011-06-15|2011-06-15||
    US13/517,711|US9142741B2|2011-06-15|2012-06-14|Emitting device with improved extraction|
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