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圓形光子晶體結構、發光二極管元件以及光電轉換元件.pdf

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圓形 光子 晶體結構 發光二極管 元件 以及 光電 轉換
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摘要
申請專利號:

CN201110130981.8

申請日:

2011.05.16

公開號:

CN102709416B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01L 33/02申請日:20110516|||公開
IPC分類號: H01L33/02(2010.01)I; H01L33/20(2010.01)I; H01L31/04(2014.01)I; H01L31/0352; H01L51/50; G02B6/122 主分類號: H01L33/02
申請人: 財團法人工業技術研究院
發明人: 許佳振; 林建宏; 張天立; 林宏彞; 周大鑫; 蔡禎輝
地址: 中國臺灣新竹縣
優先權: 2011.03.28 TW 100110580
專利代理機構: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006 代理人: 祁建國;梁揮
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110130981.8

授權公告號:

102709416B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.11.28|||2012.10.03

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種圓形光子晶體結構、發光二極管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管元件、有機發光二極管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于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,有助于提升光電轉換元件的光萃取效率。

權利要求書

權利要求書
1.   一種光電轉換元件,其特征在于,包括:
一光電轉換體,適于發出或接收一光線;
一第一介質,位于該光電轉換體外圍,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,設置于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,其中一個孔洞位于該圓形光子晶體結構中央,而其余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1所述的光電轉換元件,其特征在于,該孔洞的中心位置的直角坐標由下列方程式所決定:
<mrow><MI>x</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>sin</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>;</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及<BR><MATHS id=cmaths0002 num="0002"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>y</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>cos</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>,</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。<BR><BR>3.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求2所述的光電轉換元件,其特征在于,b=N·ΔθN。<BR><BR>4.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求2所述的光電轉換元件,其特征在于,b為隨機數。<BR><BR>5.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求2所述的光電轉換元件,其特征在于,b為常數。<BR><BR>6.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求2所述的光電轉換元件,其特征在于,a為整數,且5≤a≤8。<BR><BR>7.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,相鄰兩同心圓之間的距離介于300納米至2000納米之間。<BR><BR>8.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,該孔洞的深度介于50納米至300納米)之間。<BR><BR>9.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,該孔洞的填充率介于0.2至0.5之間。<BR><BR>10.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,該孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。<BR><BR>11.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,該光電轉換體包括發光二極管、有機電激發光體或光致發電體。<BR><BR>12.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求1所述的光電轉換元件,其特征在于,該第一介質包括半導體材料或有機材料。<BR><BR>13.&nbsp;&nbsp; 一種發光二極管元件,其特征在于,包括:<BR>一基板;<BR>一第一型半導體層,配置于該基板上;<BR>一第二型半導體層,配置于該第一型半導體層上;<BR>一主動區,位于該第一型半導體層與該第二型半導體層之間;<BR>一第一電極,配置于該第一型半導體層上;<BR>一第二電極,配置于該第二型半導體層上;以及<BR>一圓形光子晶體結構,設置于該第二型半導體層的一頂面上或是設置于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,其中一個孔洞位于該圓形光子晶體結構中央,而其余孔洞以該孔洞為中心點排列成多個同心圓。<BR><BR>14.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求13所述的發光二極管元件,其特征在于,該孔洞的中心位置的直角坐標由下列方程式所決定:<BR><MATHS id=cmaths0003 num="0003"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>x</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>sin</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>;</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及<BR><MATHS id=cmaths0004 num="0004"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>y</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>cos</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>,</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。<BR><BR>15.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求14所述的發光二極管元件,其特征在于,b=N·ΔθN。<BR><BR>16.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求14所述的發光二極管元件,其特征在于,b為隨機數。<BR><BR>17.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求14所述的發光二極管元件,其特征在于,b為常數。<BR><BR>18.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求14所述的發光二極管元件,其特征在于,a為整數,且5≤a≤8。<BR><BR>19.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求13所述的發光二極管元件,其特征在于,相鄰兩同心圓之間的距離介于300納米至2000納米之間。<BR><BR>20.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求13所述的發光二極管元件,其特征在于,該孔洞的深度介于50納米至300納米之間。<BR><BR>21.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求13所述的發光二極管元件,其特征在于,該孔洞的填充率介于0.2至0.5之間。<BR><BR>22.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求13所述的發光二極管元件,其特征在于,該孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。<BR><BR>23.&nbsp;&nbsp; 一種圓形光子晶體結構,適于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,其特征在于,該圓形光子晶體結構包括:<BR>一第一孔洞,位于該圓形光子晶體結構中央;以及<BR>多個第二孔洞,以該第一孔洞為中心點排列成多個同心圓。<BR><BR>24.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,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:<BR><MATHS id=cmaths0005 num="0005"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>x</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>sin</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>;</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及<BR><MATHS id=cmaths0006 num="0006"><MATH><![CDATA[<mrow><MI>y</MI><MO>=</MO><MI>d</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>cos</MI><MROW><MO>(</MO><MFRAC><MROW><MN>2</MN><MI>mπ</MI></MROW><MROW><MI>a</MI><MO>&amp;CenterDot;</MO><MI>N</MI></MROW></MFRAC><MO>+</MO><MI>b</MI><MO>)</MO></MROW><MO>,</MO></MROW>]]&gt;</MATH></MATHS><BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該第二孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。<BR><BR>25.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,b=N·ΔθN。<BR><BR>26.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,b為隨機數。<BR><BR>27.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,b為常數。<BR><BR>28.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求24所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,a為整數,且5≤a≤8。<BR><BR>29.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,相鄰兩同心圓之間的距離介于300納米至2000納米之間。<BR><BR>30.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,該第一孔洞與該第二孔洞的深度介于50納米(nm)至300納米之間。<BR><BR>31.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,該第一孔洞與該第二孔洞的填充率介于0.2至0.5之間。<BR><BR>32.&nbsp;&nbsp; 根據權利要求23所述的圓形光子晶體結構,其特征在于,該第一孔洞與該第二孔洞的形狀包括圓形、橢圓形、矩形。<BR></p></div> </div> </div> <div class="zlzy"> <div class="zltitle">說明書</div> <div class="gdyy"> <div class="gdyy_show"><p>說明書圓形光子晶體結構、發光二極管元件以及光電轉換元件 <BR>技術領域 <BR>本發明是有關于半導體元件,特別是有關于一種圓形光子晶體結構、發光二極管元件以及應用此圓形光子晶體結構的光電轉換元件。 <BR>背景技術 <BR>發光二極管(light&nbsp;emitting&nbsp;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。 <BR>LED的發光效率決定于其外部量子效率(external&nbsp;quantum&nbsp;efficiency),而外部量子效率又與光萃取效率(light&nbsp;extraction&nbsp;efficiency)有關。然而,一般LED元件受限于元件與外部介質間的全反射效應,大部分的光線會被局限于元件內部,導致光萃取效率低落。 <BR>類似的,其它類型的光電轉換元件,例如有機發光二極管、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。 <BR>發明內容 <BR>本發明的目的在于提供一種圓形光子晶體結構、發光二極管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于發光元件,還可以提高發光元件的出光角度的均向性。 <BR>為實現本發明的目的而提供一種圓形光子晶體結構,適于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,其中第一孔洞位于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。 <BR>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: <BR><MATHS num="0001"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>x</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>sin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>;</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及 <BR><MATHS num="0002"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>y</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>cos</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。 <BR>為實現本發明的目的還提供應用所述圓形光子晶體結構的一種光電轉換元件。所述光電轉換元件包括一光電轉換體、一第一介質以及所述圓形光子晶體結構。光電轉換體適于發出或接收一光線。第一介質位于光電轉換體外圍。光線通過第一介質以及第一介質之外的一第二介質,其中第一介質與第二介質具有不同的光折射率。所述圓形光子晶體結構設置于光線所通過的第一介質與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,其中一個孔洞位于該圓形光子晶體結構中央,而其余孔洞以該孔洞為中心點排列成多個同心圓。借以改善光電轉換元件的光萃取效率。 <BR>其中該孔洞的中心位置的直角坐標可以由下列方程式所決定: <BR><MATHS num="0003"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>x</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>sin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>;</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及 <BR><MATHS num="0004"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>y</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>cos</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。 <BR>本申請提出應用所述圓形光子晶體結構的一種發光二極管元件。所述發光二極管元件包括一基板、一第一型半導體層、一第二型半導體層、一主動區、一第一電極、一第二電極以及一圓形光子晶體結構。第一型半導體層配置于基板上。第二型半導體層配置于第一型半導體層上。主動區位于第一型半導體層與第二型半導體層之間。第一電極配置于第一型半導體層上。第二電極配置于第二型半導體層上。圓形光子晶體結構設置于第二型半導體層的一頂面上或是設置于第一型半導體層與基板之間,該圓形光子晶體結構包括多個孔洞,其中一個孔洞位于該圓形光子晶體結構中央,而其余孔洞以該孔洞為中心點排列成多個同心圓。借以提升發光二極管元件的光萃取效率。 <BR>其中該孔洞的中心位置的直角坐標可以由下列方程式所決定: <BR><MATHS num="0005"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>x</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>sin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>;</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及 <BR><MATHS num="0006"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>y</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>cos</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>,</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>其中,N為該同心圓的圈數,d為相鄰兩同心圓之間的距離,a為各該同心圓上的該孔洞數量的基數,m為1至a·N之間的整數數列,b為起始相位。 <BR>以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述,但不作為對本發明的限定。 <BR>附圖說明 <BR>圖1為依照本發明的一實施例的一種光電轉換元件的剖面圖; <BR>圖2為圖1的光電轉換元件上的圓形光子晶體結構的正視圖; <BR>圖3A與3B分別是本發明的另外兩種圓形光子晶體結構; <BR>圖4是應用本發明的圓形光子晶體結構的一種發光二極管元件。 <BR>其中,附圖標記 <BR>100:光電轉換元件 <BR>110:光電轉換體 <BR>120:第一介質 <BR>130:圓形光子晶體結構 <BR>132a:第一孔洞 <BR>132b:第二孔洞 <BR>140:第二介質 <BR>310、320:圓形光子晶體結構 <BR>410:基板 <BR>420:第一型半導體層 <BR>430:第二型半導體層 <BR>430a:第二型半導體層的頂面 <BR>440:主動區 <BR>450:第一電極 <BR>460:第二電極 <BR>470:圓形光子晶體結構 <BR>C1~CN:同心圓 <BR>d:相鄰兩同心圓之間的距離 <BR>L1、L2、L1’、L2’、L1”、L2”、L3、L4:光線 <BR>具體實施方式 <BR>本發明提供的圓形光子晶體屬于光子準晶體的一種,其結構具有非常高的旋轉對稱性。將此圓形光子晶體結構形成于光電轉換元件外部的介質表面時,可以減少所述介質表面可能發生的全反射效應,使得大部分的光線得以通過介質出射至外界,或是由外界進入到介質內。此外,光子晶體結構除了具有上述降低全反射的效果之外,還具有光子能隙(photonic&nbsp;band&nbsp;gap,PBG)的特性,與傳導(guided)和漏失(leaky)模態等,均有助于提高出光率,并增加出光角度的均向性。特別是,本發明的圓形光子晶體結構具有較高的旋轉對稱性,因此可以得到均向(i&nbsp;sotropic)對稱特性的光子能隙,較之已知的光子晶體結構更能提高光電轉換元件的光萃取效率,改善其光學特性。 <BR>另一方面,本發明的圓形光子晶體結構可由特定的方程式來定義。適當地調整圓形光子晶體的相位或其它參數便可以改變圓形光子晶體的旋轉對稱性,進而改善光電轉換元件的光萃取效率。 <BR>圖1為依照本發明的一實施例的一種光電轉換元件的剖面圖。如圖1所示,本實施例的光電轉換元件100包括一光電轉換體110、一第一介質120以及一圓形光子晶體結構130。光電轉換體110適于發出或接收一光線。更具體而言,光電轉換體110例如是一發光二極管或一有機電激發光體,以發出光線L1。或者,光電轉換體110例如是應用于太陽能電池的一光致發電體,以接收外界的光線L2。 <BR>第一介質120位于光電轉換體110外圍。依據前述光電轉換體110的各種類型,第一介質120可以是半導體材料、有機材料或是其它可能的材料。光線L1或L2通過第一介質120以及外界的第二介質140,其中第一介質120與第二介質140具有不同的光折射率,使得光線L1或L2在通過第一介質120與第二介質140之間的接面時可能發生全反射效應,而無法有效地由第一介質120出射到第二介質140(如L1’所示),或是無法有效地由第二介質140進入到第一介質120而被光電轉換體110所吸收(如L2’所示)。 <BR>鑒此,本實施例將圓形光子晶體結構130設置于光線L1或L2所通過的第一介質120與第二介質140之間的接面上,借以降低全反射效應,使得光線L1得以由第一介質120出射到第二介質140(如L1”所示),或是光線L2得以由第二介質140進入到第一介質120而被光電轉換體110所吸收(如L2”所示)。當然,本實施例所繪示的接面位置僅是舉例之用,舉凡所述光線L1或L2行進路徑上所經過的不同介質的接面且可設置圓形光子晶體結構130,借以降低不同介質之間的全反射效應,提高出光量。例如,發光二極管元件的半導體層表面、基板表面或封裝體(molding&nbsp;compound)表面、有機發光二極管元件的電子注入層表面、電洞注入層表面或基板表面,或是,太陽能電池的半導體層表面等等。 <BR>圖2為圖1的光電轉換元件100上的圓形光子晶體結構130的正視圖。如圖2所示,本實施例的圓形光子晶體結構130包括圓形的第一孔洞132a與多個第二孔洞132b,其中第一孔洞132a位于圓形光子晶體結構130中央,而其余的第二孔洞132b以第一孔洞132a為中心點排列成多個同心圓C1~CN。 <BR>本實施例的圓形光子晶體結構130可由下列的方程式來定義。換言之,第一孔洞132a以及第二孔洞132b的中心位置的直角坐標由下列方程式(1)與(2)所決定: <BR><MATHS num="0007"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>x</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>sin</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>1</MN> <MO>)</MO> </MROW><MO>;</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS>以及 <BR><MATHS num="0008"><MATH><![CDATA[ <mrow><MI>y</MI> <MO>=</MO> <MI>d</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>cos</MI> <MROW><MO>(</MO> <MFRAC><MROW><MN>2</MN> <MI>mπ</MI> </MROW><MROW><MI>a</MI> <MO>&amp;CenterDot;</MO> <MI>N</MI> </MROW></MFRAC><MO>+</MO> <MI>b</MI> <MO>)</MO> </MROW><MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MO>.</MO> <MROW><MO>(</MO> <MN>2</MN> <MO>)</MO> </MROW><MO>.</MO> </MROW>]]&gt;</MATH></MATHS> <BR>N為同心圓C1~CN的圈數。d為相鄰兩同心圓之間的距離。a為各同心圓C1~CN上的第二孔洞132b數量的基數,亦即,同心圓C1的第二孔洞132b的數量為a,同心圓C2的第二孔洞132b的數量為2a,…,同心圓CN的第二孔洞132b的數量為N·a,第二孔洞132b的數量隨著同心圓C1~CN的圈數以a的整數倍遞增。m為1至a·N之間的整數數列。b為起始相位。 <BR>更具體而言,以圖2所繪示的圓形光子晶體結構130為例,各同心圓C1~CN上的第二孔洞132b數量的基數a為6,即同心圓C1的第二孔洞132b的數量為6,同心圓C2的第二孔洞132b的數量為12,…,同心圓CN的第二孔洞132b的數量為6N。起始相位b為0。 <BR>然而,前述方程式(1)與(2)的各個參數可以視需求,被調整在一個適當的范圍內。例如,初始相位b可為常數、隨機數,或是隨著同心圓C1~CN的圈數遞增的N·ΔθN。各同心圓C1~CN上的第二孔洞132b數量的基數a例如介于5~8之間,即5≤a≤8。相鄰兩同心圓之間的距離例如介于300納米(nm)至2000納米(nm)之間。第一孔洞132a以及第二孔洞132b的深度介于50納米(nm)至300納米(nm)之間。另外,第一孔洞132a以及第二孔洞132b的填充率介于0.2至0.5之間。當然,第一孔洞132a以及第二孔洞132b的形狀并不限為圓形。在本發明的其它實施例中,第一孔洞132a以及第二孔洞132b還可以是橢圓形、矩形,或者其它可能的形狀。此處的填充率被定義為第一孔洞132a或第二孔洞132b的平均半徑與前述相鄰兩同心圓之間的距離d的比值。 <BR>如圖2所示的初始相位b為0的圓形光子晶體結構130已然具有高度的旋轉對稱性,可大幅提高光電轉換元件100的光萃取效率。再者,發現適當地調制初始相位b,可更進一步提高圓形光子晶體結構130的旋轉對稱性。 <BR>圖3A與3B分別是采用前述方程式(1)與(2)定義的另外兩種圓形光子晶體結構。圖3A的圓形光子晶體結構310與圖3B的圓形光子晶體結構320相較于圖2的圓形光子晶體結構130的主要差異在于:圖3A的圓形光子晶體結構310與圖3B的圓形光子晶體結構320的初始相位b皆隨著同心圓C1~CN的圈數遞增,即b=N·ΔθN,其中圖3A的圓形光子晶體結構310的ΔθN為10°,圖3B的圓形光子晶體結構320的ΔθN為15°。圖3A的圓形光子晶體結構310與圖3B的圓形光子晶體結構320的其余部份的結構特征與圖2的圓形光子晶體結構130類似,此處不再贅述。 <BR>當然,本發明的圓形光子晶體結構除了可由前述方程式(1)與(2)來定義之外,亦能視隨實際狀況與設計需求采用其他方程序或其它配置來定義圓形光子晶體結構。 <BR>本發明的圓形光子晶體結構在制作上可以直接對光電轉換元件的特定位置加工形成孔洞,或是借由納米轉印等轉寫技術先在模仁上形成圓形光子晶體圖案,再借由模仁將圓形光子晶體圖案轉寫到光電轉換元件的特定位置上。此外,形成所述圓形光子晶體結構或圖案的方法包括電子束微影術(e?beamlithography)、聚焦離子束(focusing&nbsp;ion&nbsp;beam)、激光束(laser&nbsp;beam)等微加工技術(micromachining)或是反應式離子蝕刻(reactive&nbsp;ion&nbsp;etching)等蝕刻技術。 <BR>本發明提出的圓形光子晶體借由高旋轉對稱性,可以提供均向對稱特性的光子能隙,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于發光元件,還可以提高發光元件的發光角度的均向性。 <BR>下文以發光二極管元件為例來說明本發明的圓形光子晶體結構的實際應用情形。 <BR>圖4是應用本發明的圓形光子晶體結構的一種發光二極管元件。圖4所示,發光二極管元件400包括一基板410、一第一型半導體層420、一第二型半導體層430、一主動區440、一第一電極450、一第二電極460以及一圓形光子晶體結構470。本實施例的發光二極管元件400作為示范例,僅繪示必要的幾個部份,實際上,發光二極管元件400還可能包括其它未繪示的緩沖層、透明導電層等部份。 <BR>基板410例如是藍寶石基板,第一型半導體層420配置于基板410上。第一型半導體層420例如是N型半導體層,材質可為N型氮化鎵。第二型半導體層430配置于第一型半導體層420上。第二型半導體層430例如是P型半導體層,材質可為P型氮化鎵。主動區440位于第一型半導體層420與第二型半導體層430之間。主動區440例如是多重量子井結構。第二型半導體層430、主動區440以及部份的第一型半導體層420構成高原(mesa)結構。第一電極450配置于高原結構所暴露的第一型半導體層420上,而第二電極460配置于第二型半導體層430的頂面430a。 <BR>由第一型半導體層420與第二型半導體層430傳輸的電子、電洞可在主動區440的多重量子井(multiple&nbsp;quantum&nbsp;wells,MQW)結構中結合,發出光線L3或L4。光線L3是指由發光二極管元件400頂部,即第二型半導體層430的頂面430a出射的光線。光線L4是指射向發光二極管元件400底部,即基板410的光線。 <BR>圓形光子晶體結構470例如是前述的圓形光子晶體結構130、310或320,或者其它可能的圓形光子晶體結構。本實施例可以選擇將圓形光子晶體結構470設置于第二型半導體層430的頂面430a上或是設置于第一型半導體層420與基板410之間,以借由圓形光子晶體結構470的特性來改變光線L3或L4在發光二極管元件400內部的行為,借以提高發光二極管元件400的光萃取效率,并且改善發光二極管元件400的發光角度的均向性。 <BR>本實施例的發光二極管元件400僅是舉例之用。在本發明的其它實施例中,發光二極管元件可為其它可能的型態。此外,本發明的圓形光子晶體結構也可以應用在例如有機發光二極管或是太陽能電池等各類型的光電轉換元件上。即如前文所提的,將圓形光子晶體結構設置于光電轉換元件中光線所通過的兩個不同介質之間的接面上,例如,發光二極管元件的半導體層表面、基板表面或封裝體(molding&nbsp;compound)表面、有機發光二極管元件的電子注入層表面、電洞注入層表面或基板表面,或是,太陽能電池的半導體層表面等等,借以降低全反射效應,并且改善光萃取效率以及出光效果。 <BR>當然,本發明還可有其它多種實施例,在不背離本發明精神及其實質的情況下,熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形,但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。</p> </div> </div> </div> </div> <!--ta的資源--> <div class="mt10 related-pic-box" id="brandlist" style="height: 418px;"> <div class="works-comment-hd"> g****□的資源 <a href="u-1327.html" class="fr" style="font-size: 12px; font-weight: normal" hidefocus="true" target="_blank">更多&gt;&gt;</a></div> <div id="related-pic-list" class="related-pic-list cl" style="padding-left:12px; padding-right:0px;"> <ul> <li><h3><a href="http://www.wwszu.club/p-7553147.html" target="_parent" title="一種熱整形器.pdf"> <img src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/ae7234f7-0556-4b8e-ae8f-ad8406a5a92e/pic1.gif' alt="一種熱整形器.pdf" onerror="this.src='images/filetype/d_pdf.png'"> 一種熱整形器.pdf </a></h3></li> <li><h3><a href="http://www.wwszu.club/p-7553062.html" target="_parent" title="一種一體化清糞喂料養殖設備.pdf"> <img src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/2d96ff20-0905-4572-bbdf-1278a9b886a3/pic1.gif' 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src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/ed52d984-4597-4b96-bd76-a00b7d752c61/pic1.gif' alt="一種拖鞋本體及帶裝飾物的拖鞋.pdf" onerror="this.src='images/filetype/d_pdf.png'"> 一種拖鞋本體及帶裝飾物的拖鞋.pdf </a></h3></li> <li><h3><a href="http://www.wwszu.club/p-7553154.html" target="_parent" title="快速冷卻陶瓷杯.pdf"> <img src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/c9dc3d01-f936-4800-a0d7-5be37a713a88/pic1.gif' alt="快速冷卻陶瓷杯.pdf" onerror="this.src='images/filetype/d_pdf.png'"> 快速冷卻陶瓷杯.pdf </a></h3></li> <li><h3><a href="http://www.wwszu.club/p-7553153.html" target="_parent" title="一種防滑鞋底.pdf"> <img src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/d54fceaf-a018-4127-8aa7-b5a638039663/pic1.gif' alt="一種防滑鞋底.pdf" onerror="this.src='images/filetype/d_pdf.png'"> 一種防滑鞋底.pdf </a></h3></li> <li><h3><a href="http://www.wwszu.club/p-7553152.html" target="_parent" title="一種負離子新型功能枕頭.pdf"> <img src='http://www.wwszu.club/fileroot3/2019-10/16/113c93ad-f636-4ef9-90e8-8ad4ce6cfc1e/pic1.gif' alt="一種負離子新型功能枕頭.pdf" 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</div></td></tr></table> <div class="fl" style="width: 240px;"> <p class="kh_cpZl"> 編號: cj20190712085536977513</p> <p class="kh_cpZl"> 類型: 共享資源</p> <p class="kh_cpZl"> 格式: PDF</p> <p class="kh_cpZl"> 大小: 501.46KB</p> <p class="kh_cpZl"> 上傳時間: 2019-07-12</p> </div> </div> </div> <div class="box hot-keywords mt10" style="overflow: hidden;width: 268px; border:solid 1px #dedede;" id="relatebox"> <div class="boxHd" style="padding-bottom: 0px;"> <div class="fl keywords-ico mr5 ml13 ico"> </div> <h2 class="fl font-normal font16 font-yahei" style="font-size: 16px; font-weight: 100; margin-left: 0px; margin-top: 3px; font-family: 微軟雅黑"> 相關資源</h2> </div> <div id="author-works-list" class="author-works-list bgF"> <li> <img alt="緊急開關.pdf" class="pdf" src="Images/s.gif" /><a target="_parent" href="http://www.wwszu.club/p-6421398.html" title="緊急開關.pdf">緊急開關.pdf</a> </li> <li> <img alt="采用發光效率提高層的有機發光二極管.pdf" class="pdf" src="Images/s.gif" /><a target="_parent" 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hot-keywords mt10" id="box3" style="overflow: hidden;width: 268px; border:solid 1px #dedede;"> <div class="boxHd" style="border: none;padding-bottom: 0px;"> <div class="fl keywords-ico mr5 ml13 ico"> </div> <h2 class="fl font-normal font16 font-yahei" style="font-size: 16px; font-weight: 100; margin-left: 0px; margin-top: 3px; font-family: 微軟雅黑"> 相關搜索</h2> </div> <div class="hot-keywords-list"> <a target="_blank" href="search.html?p=0&q=%e5%9c%86%e5%bd%a2" class="tag-item ico" title="圓形" hidefocus="true"><span class="ico"><em> 圓形</em></span></a> <a target="_blank" href="search.html?p=0&q=%e5%85%89%e5%ad%90" class="tag-item ico" title="光子" hidefocus="true"><span class="ico"><em> 光子</em></span></a> <a target="_blank" href="search.html?p=0&q=%e6%99%b6%e4%bd%93%e7%bb%93%e6%9e%84" class="tag-item ico" title="晶體結構" hidefocus="true"><span class="ico"><em> 晶體結構</em></span></a> <a target="_blank" href="search.html?p=0&q=%e5%8f%91%e5%85%89%e4%ba%8c%e6%9e%81%e7%ae%a1" class="tag-item ico" 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