[发明专利]半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件(semiconductor light-emitting device)，特别地，本发明涉及一种具有高度外部量子效率(external quantum efficiency)的半导体发光元件。

背景技术

现今半导体发光元件(例如，发光二极体)的应用领域已甚为广泛，例如按键系统、手机萤幕背光模组、车辆照明系统、装饰用灯饰及遥控领域等产品，皆见到半导体发光元件被广泛地应用。为了让半导体发光元件尽可能地确保较高的功能可靠性以及较低的能源消耗，因此对于半导体发光元件皆须要求其本身的外部量子效率。

原则上，一半导体发光元件的外部量子效率取决于其本身的内部量子效率(internal quantum efficiency)以及释放效率(extraction efficiency)。所谓的内部量子效率是由半导体发光元件的材料特性及品质所决定。至于释放效率则意谓着从元件内部发出至周围空气或封装的环氧树脂内的辐射比例。释放效率取决于辐射离开元件内部时所发生的损耗。造成上述损耗的主要原因之一是由于形成元件的表面层的半导体材料具有较高的折射率，例如砷化镓(GaAs)的折射率约为3.6。众所周知，高的折射率会导致光在该材料表面产生全反射(total reflection)而无法发射出去。

在现有技术中，表面粗糙化的方法已被公开，该方法用以提升半导体发光元件的外部量子效率。举例而言，美国专利案号7,102,175即公开了在一种透明导电层上形成许多微米结构并呈现粗糙的表面形态的发光二极体。请参阅图1。图1显示了透明导电层上具有许多微米结构的发光二极体。

这种微米结构为一周期性结构，并且彼此间的间距为L。此外，半导体发光元件所产生的光线的波长为λ，而波长λ与L之间存在一关系式为λ≤L≤20λ。因此，这种微米结构可以降低光线的全反射机率，以提升半导体发光元件的外部量子效率。需注意的是，以上所述是从几何光学的领域切入去解决反射率的问题，即以光的粒子性去探讨其折射及反射的现象。

理论上，若在半导体发光元件的出光面上形成纳米结构，并且纳米结构彼此间的间距是根据光线的波长而设计，则当光线入射至出光面时，就能够以光的波动性去探讨其穿透率，此即属于次波长光学的领域。此外，若纳米结构本身的折射率配合邻近的介质而经过设计，将可以提高光的穿透率，使得半导体发光元件所产生的光线几乎穿透过出光面而发射出去，以大幅提升半导体发光元件的外部量子效率。

因此，本发明的主要目的在于提供一种具有高度外部量子效率的半导体发光元件，以解决上述的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种半导体发光元件。

根据本发明的一具体实施例，该半导体发光元件包含一基板(substrate)、一多层结构(multi-layer structure)以及多个纳米复合结构(nano-scaledcomposite structure)。

该基板具有一上表面(upper surface)及一下表面(lower surface)。该多层结构形成于该基板的该上表面上并且包含一发光区(light-emitting region)。该多层结构具有一顶表面(top surface)。

该多个纳米复合结构中的每一个纳米复合结构包含一第一纳米层以及一第二纳米层。该第一纳米层形成于该多层结构的该顶表面上及/或该基板的该下表面上。该第二纳米层形成于该第一纳米层上。特别地，该第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。

根据本发明的另一具体实施例为一种半导体发光元件。

该半导体发光元件包含一基板、一多层结构、多个第一纳米层以及一第二纳米层。

该基板具有一上表面。该多层结构形成于该基板的该上表面上并且包含一发光区。该多层结构具有一顶表面。

该多个第一纳米层形成于该多层结构的该顶表面上。该第二纳米层形成于该第一纳米层上并且形成于该多层结构的该顶表面上。特别地，每一个第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。

根据本发明的另一具体实施例为一种半导体发光元件。

该半导体发光元件包含一基板、一多层结构、多个第一纳米层以及一第二纳米层。

该基板具有一上表面及一下表面。该多层结构形成于该基板的该上表面上并且包含一发光区。该多个第一纳米层形成于该基板的该下表面上。该第二纳米层形成于该多个第一纳米层上以及形成于该基板的该下表面上。特别地，每一个第一纳米层的折射率大于该第二纳米层的折射率。