圓形光子晶體結構、發光二極體元件以及光電轉換元件的製作方法
2023-04-24 08:30:46 1
專利名稱：圓形光子晶體結構、發光二極體元件以及光電轉換元件的製作方法
技術領域：
本發明是有關於半導體元件，特別是有關於一種圓形光子晶體結構、發光二極體元件以及應用此圓形光子晶體結構的光電轉換元件。
背景技術：
發光二極體(light emitting diode,LED)元件，因具有壽命長、色彩飽和鮮明、反應速度快和穩定性佳等優點，已經成為新一代光源裝置的主流，例如交通信號燈、液晶屏幕的背光模塊和高功率輸出的照明設備等，都可見到LED的應用。
LED的發光效率決定於其外部量子效率(external quantum efficiency),而外部量子效率又與光萃取效率(light extraction efficiency)有關。然而，一般LED元件受限於元件與外部介質間的全反射效應，大部分的光線會被局限於元件內部，導致光萃取效率低落。類似的，其它類型的光電轉換元件，例如有機發光二極體、太陽能電池等，也都受到前述因素影響，使得光電轉換效率受到限制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種圓形光子晶體結構、發光二極體元件以及光電轉換元件，通過應用圓形光子晶體結構來提高光電轉換元件的光萃取效率。此外，若是將圓形光子晶體結構應用於發光元件，還可以提高發光元件的出光角度的均向性。為實現本發明的目的而提供一種圓形光子晶體結構，適於設置在一光電轉換元件所接收或發出的一光線所通過的兩個不同介質之間的一接面上。所述圓形光子晶體結構包括一第一孔洞以及多個第二孔洞，其中第一孔洞位於圓形光子晶體結構中央，而所述多個第二孔洞以第一孔洞為中心點排列成多個同心圓。圓形光子晶體結構的第一孔洞與第二孔洞的中心位置的直角坐標可以由下列方程式所決定
權利要求
1.一種光電轉換兀件，其特徵在於，包括 一光電轉換體，適於發出或接收一光線； 一第一介質，位於該光電轉換體外圍，該光線通過該第一介質以及該第一介質之外的一第二介質，其中該第一介質與該第二介質具有不同的光折射率；以及 一圓形光子晶體結構，設置於該光線所通過的該第一介質與該第二介質之間的一接面上，該圓形光子晶體結構包括多個孔洞，其中一個孔洞位於該圓形光子晶體結構中央，而其餘孔洞以該孔洞為中心點排列成多個同心圓。
2.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，該孔洞的中心位置的直角坐標由下列方程式所決定
3.根據權利要求2所述的光電轉換元件，其特徵在於，b= N · Λ θ N。
4.根據權利要求2所述的光電轉換元件，其特徵在於，b為隨機數。
5.根據權利要求2所述的光電轉換元件，其特徵在於，b為常數。
6.根據權利要求2所述的光電轉換元件，其特徵在於，a為整數，且5< a < 8。
7.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，相鄰兩同心圓之間的距離介於300納米至2000納米之間。
8.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，該孔洞的深度介於50納米至300納米)之間。
9.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，該孔洞的填充率介於O.2至O. 5之間。
10.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，該孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。
11.根據權利要求I所述的光電轉換兀件，其特徵在於，該光電轉換體包括發光二極體、有機電激發光體或光致發電體。
12.根據權利要求I所述的光電轉換元件，其特徵在於，該第一介質包括半導體材料或有機材料。
13.一種發光二極體元件，其特徵在於，包括 一基板； 一第一型半導體層，配置於該基板上； 一第二型半導體層，配置於該第一型半導體層上； 一主動區，位於該第一型半導體層與該第二型半導體層之間； 一第一電極，配置於該第一型半導體層上； 一第二電極，配置於該第二型半導體層上；以及 一圓形光子晶體結構，設置於該第二型半導體層的一頂面上或是設置於該第一型半導體層與該基板之間，該圓形光子晶體結構包括多個孔洞，其中一個孔洞位於該圓形光子晶體結構中央，而其餘孔洞以該孔洞為中心點排列成多個同心圓。
14.根據權利要求13所述的發光二極體元件，其特徵在於，該孔洞的中心位置的直角坐標由下列方程式所決定
15.根據權利要求14所述的發光二極體元件，其特徵在於，b= N A 0 N。
16.根據權利要求14所述的發光二極體元件，其特徵在於，b為隨機數。
17.根據權利要求14所述的發光二極體元件，其特徵在於，b為常數。
18.根據權利要求14所述的發光二極體元件，其特徵在於，a為整數，且5< a < 8。
19.根據權利要求13所述的發光二極體元件，其特徵在於，相鄰兩同心圓之間的距離介於300納米至2000納米之間。
20.根據權利要求13所述的發光二極體元件，其特徵在於，該孔洞的深度介於50納米至300納米之間。
21.根據權利要求13所述的發光二極體元件，其特徵在於，該孔洞的填充率介於0.2至.0.5之間。
22.根據權利要求13所述的發光二極體元件，其特徵在於，該孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。
23.—種圓形光子晶體結構，適於設置在一光電轉換元件所接收或發出的一光線所通過的兩個不同介質之間的一接面上，其特徵在於，該圓形光子晶體結構包括 一第一孔洞，位於該圓形光子晶體結構中央；以及 多個第二孔洞，以該第一孔洞為中心點排列成多個同心圓。
24.根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，該第一孔洞與該第二孔洞的中心位置的直角坐標由下列方程式所決定
25.根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，b= N* A 0N。
26.根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，b為隨機數。
27.根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，b為常數。
28.根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，a為整數，且5< a < 8。
29.根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，相鄰兩同心圓之間的距離介於300納米至2000納米之間。
30.根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，該第一孔洞與該第二孔洞的深度介於50納米(nm)至300納米之間。
31.根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，該第一孔洞與該第二孔洞的填充率介於0. 2至0. 5之間。
32.根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構，其特徵在於，該第一孔洞與該第二孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。
全文摘要
本發明公開了一種圓形光子晶體結構、發光二極體元件以及光電轉換元件。通過應用圓形光子晶體結構來提升發光二極體元件、有機發光二極體元件或太陽能電池等光電轉換元件的光學性質的方法，是將圓形光子晶體結構設置於光電轉換元件所接收或發出的一光線所通過的兩個不同介質之間的一接面上。所述圓形光子晶體結構可以提供具有均向對稱特性的光子能隙，有助於提升光電轉換元件的光萃取效率。
文檔編號H01L31/0352GK102709416SQ20111013098
公開日2012年10月3日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年3月28日
發明者周大鑫, 張天立, 林宏彞, 林建宏, 蔡禎輝, 許佳振 申請人:財團法人工業技術研究院