專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光元件，特別關(guān)于一種通過環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)而提升 取光效率并控制發(fā)光場形的準直特性的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
固態(tài)半導(dǎo)體發(fā)光元件(例如發(fā)光二極管)的取光效率受限于半導(dǎo)體材料與
外部材料(一般為空氣或是環(huán)氧樹酯(印oxy))界面間的全反射，使得發(fā)光 元件溢出元件的光量約只占內(nèi)部發(fā)光量的數(shù)個百分比。
圖1及圖2例示一現(xiàn)有的發(fā)光二極管100，揭示于美國專利US 7,098,589。 該發(fā)光二極管100包含一基板120以及一設(shè)置于該基板120上的多層堆棧122。 該多層堆桟122包含一氮化鎵層134，其具有復(fù)數(shù)個圓形孔洞150。特而言之， US 7，098，589是利用該圓形孔洞150破壞界面的全反射以增進出光效率。 一般 而言，愈大的孔洞具有愈佳的取光效率，然而大孔洞會影響發(fā)光元件的電流 分布及發(fā)光層的發(fā)光效率，導(dǎo)致總體出光效率降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，其通過一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)，其破壞界面的 全反射以增進取光效率，并同時控制發(fā)光場形的準直特性。
為達成上述目的，本發(fā)明提出一種發(fā)光元件，其包含一基板、至少一設(shè) 置于該基板上且可產(chǎn)生一光線的發(fā)光結(jié)構(gòu)、以及一設(shè)置于該發(fā)光結(jié)構(gòu)中的環(huán) 形光子晶體結(jié)構(gòu)，其中該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)包含復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞。
相較于現(xiàn)有沒有光子晶體的發(fā)光元件的出光量，本發(fā)明的發(fā)光元件由于 具有該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)，因而具有較佳的出光量。此外，相較現(xiàn)有具有圓 形孔洞的發(fā)光二極管，本發(fā)明的發(fā)光元件由于具有該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)，因 而具有較佳的準直特性。
圖1及圖2例示一現(xiàn)有的發(fā)光二極管；
圖3及圖4例示本發(fā)明的發(fā)光元件；
圖5例示本發(fā)明發(fā)光元件的取光效率變化圖6例示本發(fā)明發(fā)光元件的遠場場形與現(xiàn)有發(fā)光二極管的遠場場形；以及
圖7至圖10例示本發(fā)明光子晶體的晶格排列方式。
主要元件符號說明
10發(fā)光元件
12基板
14N型半導(dǎo)體層
16發(fā)光層
18P型半導(dǎo)體層
20發(fā)光結(jié)構(gòu)
22N型接觸電極
24P型接觸電極
26出光側(cè)
30環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)
32柱體
34環(huán)形孔洞
34A內(nèi)環(huán)
34B外環(huán)
36光線
100發(fā)光二極管
120基板
122多層堆棧
134氮化鎵層150 圓形孔洞
具體實施例方式
圖3及圖4例示本發(fā)明的發(fā)光元件10。該發(fā)光元件10包含一基板12、至少 一設(shè)置于該基板12上且可產(chǎn)生一光線36的發(fā)光結(jié)構(gòu)20、 一N型接觸電極22、 一 P型接觸電極24以及一設(shè)置于該發(fā)光結(jié)構(gòu)20中的環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)30。該環(huán)形 光子晶體結(jié)構(gòu)30包含復(fù)數(shù)個設(shè)置于該發(fā)光結(jié)構(gòu)20中的柱體32以及復(fù)數(shù)個環(huán)繞 該復(fù)數(shù)個柱體32的環(huán)形孔洞34。該發(fā)光結(jié)構(gòu)20可為一發(fā)光二極管或一激光二 極管，其包含至少一N型半導(dǎo)體層14、 一發(fā)光層16以及P型半導(dǎo)體層18。
該發(fā)光結(jié)構(gòu)20具有一出光側(cè)26，該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)30設(shè)置于該發(fā)光結(jié) 構(gòu)20的出光側(cè)26。該復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞34的深度可小于或等于該P型半導(dǎo)體層18 的厚度。
該復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞34的間距D介于0. 2入至10入之間，其中入為該光線36 的波長。該環(huán)形孔洞34的內(nèi)環(huán)34A及外環(huán)34B可為圓形，該環(huán)形孔洞34的外環(huán) 半徑(R)與該環(huán)形孔洞34的間距D的比值較佳地是介于0. l至0.5之間。此外，. 該環(huán)形孔洞34的內(nèi)環(huán)34A及外環(huán)34B也可選擇性地設(shè)計為橢圓形、三角形、矩 形或多邊形。
圖5例示本發(fā)明發(fā)光元件10的取光效率變化圖。橫軸為該環(huán)形孔洞34的內(nèi) 環(huán)34A半徑(r)及外環(huán)34B半徑(R)的比值，該比值大于0但小于1。縱軸為本發(fā) 明發(fā)光元件10的出光量與現(xiàn)有沒有光子晶體的發(fā)光元件的出光量的比值，其 中該環(huán)形孔洞34的外環(huán)34B半徑(R)與間距D的比值(R/D)設(shè)定為0. 45。相較于 現(xiàn)有沒有光子晶體的發(fā)光元件的出光量，本發(fā)明的發(fā)光元件10明顯地具有較 大的出光量，即本發(fā)明的發(fā)光元件10由于使用該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)20,因而
具有較大的出光量。
圖6例示本發(fā)明發(fā)光元件10的遠場場形與現(xiàn)有發(fā)光二極管100的遠場場 形。本發(fā)明的發(fā)光元件IO在O度附近的出光量明顯地優(yōu)于現(xiàn)有發(fā)光二極管IOO 在O度附近的出光量，即本發(fā)明的發(fā)光元件10由于具有該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)20，因而具有較佳的準直特性。易言之，該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)20可作為一光線 準直結(jié)構(gòu)，提升該發(fā)光元件10的準直特性。
圖7至圖10例示本發(fā)明光子晶體30的晶格排列方式，其晶格可四重對稱(9 O度旋轉(zhuǎn)對稱)、六重對稱(60度旋轉(zhuǎn)對稱)或多重對稱。此外，該光子晶體30 的晶格也可為周期性排列(如圖7至圖9所示)、準周期性排列(如圖4所示)與非 周期性排列(即隨意排列)。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而熟悉本項技術(shù)的人士仍 可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因 此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)不限于實施例所揭示，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明 的替換及修飾，并為權(quán)利要求范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光元件包含一基板；至少一發(fā)光結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述基板上；以及一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)之中，所述環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)包含復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)為一發(fā) 光二極管或一激光二極管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞 的間距介于0.2^至10人之間，人為所述光線的波長。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞 呈對稱周期性排列、準周期性排列或非周期性排列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞 呈四重對稱、六重對稱或多重對稱。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包含一P 型半導(dǎo)體層，且所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞的深度小于或等于所述P型半導(dǎo)體的厚 度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述環(huán)形孔洞的內(nèi)環(huán) 及外環(huán)為圓形、橢圓形、三角形、矩形或多邊形。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)具有一 出光側(cè)，所述環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光側(cè)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述環(huán)形光子晶體結(jié) 構(gòu)包含一柱體；以及一環(huán)形孔洞，環(huán)繞所述柱體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述柱體及所述環(huán)形孔洞為圓形，所述環(huán)形孔洞的外環(huán)半徑與所述環(huán)形孔洞的間距的比值介于O.l至0.5之間。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述柱體及所述環(huán)形 孔洞為圓形，所述環(huán)形孔洞的內(nèi)環(huán)半徑與所述環(huán)形孔洞的外環(huán)半徑的比值大 于0但小于1。
12、 一種發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光元件包含 一基板；至少一發(fā)光結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述基板上；以及一光線準直結(jié)構(gòu)，設(shè)置于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)之中，包含復(fù)數(shù)個柱體以及復(fù)數(shù) 個環(huán)繞所述復(fù)數(shù)個柱體的環(huán)形孔洞。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)為一 發(fā)光二極管或一激光二極管。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔 洞的間距介于0.2X至1 OX之間，X是所述光線的波長。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔 洞呈周期性排列、準周期性排列或非周期性排列。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔 洞呈四重對稱、六重對稱或多重對稱。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)包含 一P型半導(dǎo)體層，且所述復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞的深度小于或等于所述P型半導(dǎo)體層 的厚度。
18、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述環(huán)形孔洞的內(nèi)環(huán)及外環(huán)為圓形、橢圓形、三角形、矩形或多邊形。
19、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述柱體及所述環(huán)形孔洞為圓形，所述環(huán)形孔洞的外環(huán)半徑與所述環(huán)形孔洞的間距的比值介于 0.1至0.5之間。
20、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述發(fā)光結(jié)構(gòu)具有 一出光側(cè)，所述光線準直結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述發(fā)光結(jié)構(gòu)的出光側(cè)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述柱體及所述環(huán) 形孔洞為圓形，所述環(huán)形孔洞的內(nèi)環(huán)半徑與所述環(huán)形孔洞的外環(huán)半徑的比值 大于0但小于1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件，本發(fā)明的發(fā)光元件包含一基板、至少一設(shè)置于該基板上且可產(chǎn)生一光線的發(fā)光結(jié)構(gòu)、以及一設(shè)置于該發(fā)光結(jié)構(gòu)中的環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)。該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)包含復(fù)數(shù)個設(shè)置于該發(fā)光結(jié)構(gòu)中的柱體以及復(fù)數(shù)個環(huán)繞該復(fù)數(shù)個柱體的環(huán)形孔洞。該復(fù)數(shù)個環(huán)形孔洞的間距較佳地是介于0.2λ至10λ之間，λ為該光線的波長。本發(fā)明的發(fā)光元件由于具有該環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)，因而具有較佳的出光量，以及較佳的準直特性。
文檔編號H01L33/00GK101447535SQ20071018745
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者葉文勇, 林瑞映, 祁錦云, 薛翰聰, 賴俊峰, 趙嘉信 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院