專利名稱：具有光子晶體的發(fā)光二極管及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)，特別是指一種具有光子晶體(Photonic Crystal)的發(fā)光二極管及其裝置。
背景技術(shù)：
在通訊及資訊科技業(yè)的蓬勃發(fā)展下，針對(duì)通訊及資訊領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品隨著因應(yīng)而生，并于近年來(lái)趨向普及化。因此，大型及小型顯示器如液晶顯示螢?zāi)患皞€(gè)人行動(dòng)產(chǎn)品等等，也因應(yīng)科技的進(jìn)步而形成一廣大的消費(fèi)市場(chǎng)。近年來(lái)由于半導(dǎo)體磊晶技術(shù)不斷地精進(jìn)，使得半導(dǎo)體固態(tài)光源(solid statelight source)發(fā)光二極管的發(fā)光亮度逐漸地提高。因此，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于顯示器背光模組及通訊等消費(fèi)市場(chǎng)，未來(lái)，更被視為可取代一般照明市場(chǎng)的生力軍。然而，雖然現(xiàn)今的發(fā)光二極管可達(dá)到高內(nèi)部量子效率(quantumefficiency)，但由于半導(dǎo)體材質(zhì)通常具高介電系數(shù)，所以在發(fā)光層(active layer)所產(chǎn)生的光，受到全內(nèi)反射(total internal reflection)的限制無(wú)法耦合(couple)到外部環(huán)境，使得發(fā)光二極管的光源外出效率(extraction efficiency)通常在30％以下。
過去針對(duì)低光源外出效率的解決方法中，大部分著重于幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，以降低全反射的效應(yīng)。例如在發(fā)光二極管的出光部利用呈半球狀的透明樹脂層加以封裝，使發(fā)光二極管產(chǎn)生的光源可透過呈半球狀的幾何設(shè)計(jì)的樹脂層以提高光源外出效率，但是，仍無(wú)法完全解決由于全反射所造成的光源外出效率的損失。另外的解決方法，如在發(fā)光元件的表面形成一抗反射面(anti-reflection surface)以增加正向光的透出，但仍無(wú)法解決大角度光低透出的問題。
參閱圖1，美國(guó)專利第5,955,749號(hào)揭露出一種利用周期介電結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置(Light Emitting Device Utilizing a periodic dielectric structure)1，包含一由一高介電材料所制成的矩形(rectangular)介電板體11，且該介電板體11于內(nèi)部設(shè)有可發(fā)射出一具有一預(yù)定波長(zhǎng)(即預(yù)定頻率)的光源的點(diǎn)偶極輻射源(point dipole radiation source)。
該介電板體11上形成有若干呈一二維的周期性排列的圓柱狀通道111，這些通道111相配合可界定出若干呈正三角形(triangular)的晶格單元(latticeunit)112，并由該介電板體11及這些晶格單元112界定出一二維光子晶體。在該發(fā)光裝置1中的介電板體11是一由一N型摻雜(n-doped)層、一發(fā)光層(可發(fā)射出該預(yù)定頻率的光源)及一P型摻雜(p-doped)層所構(gòu)成的磊晶(Epitaxy)體，并由該磊晶體界定出上面所提及的點(diǎn)偶極輻射源。其中，該發(fā)光裝置1所使用的磊晶體為具有高表面結(jié)合率(surface recombination rate)的砷化鎵(以下簡(jiǎn)稱GaAs)的半導(dǎo)體材料。
依據(jù)該發(fā)光裝置1，利用該二維光子晶體可改變?cè)摴庠丛谠摾诰w內(nèi)的傳播行為。該光源的傳播行為可由該光子晶體在一最小布里淵區(qū)(irreducibleBrillion zone)的光子能帶結(jié)構(gòu)(photonic band structure)圖來(lái)描述(參閱圖2)。圖2中的光子能帶結(jié)構(gòu)包含兩部分一為在光速線(light line)以內(nèi)的波導(dǎo)區(qū)(guided region)，另一為在光速線以上的輻射區(qū)(radiative region；如圖2中的陰影區(qū)域所示)12。當(dāng)該光源的預(yù)定頻率耦合到該波導(dǎo)區(qū)中的波導(dǎo)模(guidedmode)時(shí)，該光源便在該磊晶體內(nèi)傳播，如同上述的全反射般，無(wú)法由該發(fā)光裝置1內(nèi)部穿透至外界。當(dāng)該光源的預(yù)定頻率耦合到該輻射區(qū)12時(shí)，該光源便可由該發(fā)光裝置1的內(nèi)部穿透至外界，以增加該發(fā)光裝置1的光源外出效率。
該發(fā)光裝置1所揭露的光子晶體為一在空間上對(duì)z軸對(duì)稱的周期層狀的介電結(jié)構(gòu)，其光子能帶結(jié)構(gòu)圖在波導(dǎo)區(qū)中具有一對(duì)似TE(TE-like)模的光子帶隙(由圖2中的實(shí)心黑色圓點(diǎn)界定出似TE模的光子帶隙)。當(dāng)該光源的偏極化(polarization)方向?yàn)門E時(shí)，且該光源的預(yù)定頻率位于該光子帶隙中，該光源便無(wú)法在該發(fā)光裝置1內(nèi)傳播，所以能增加該發(fā)光裝置1的光源外出效率。然而，該發(fā)光裝置1的光子能帶結(jié)構(gòu)圖無(wú)一明顯的全光子帶隙(即具一對(duì)似TE模和似TM模共同的光子帶隙)，所以當(dāng)該光源無(wú)偏極化方向時(shí)，則部份光源仍可在該發(fā)光裝置1內(nèi)傳播。
該發(fā)光裝置1所使用的GaAs磊晶體由于表面處的陷井密度(trappeddensity)大于本體處，因此表面過量少數(shù)載子(excess carrier)的生命周期低于本體內(nèi)部對(duì)應(yīng)生命周期，并于接近表面處形成一過量載子濃度梯度，所以過量載子會(huì)由本體處擴(kuò)散到表面結(jié)合。當(dāng)電子電洞對(duì)是經(jīng)由能隙中的介電子狀態(tài)(intermediate electric state)結(jié)合時(shí)，則結(jié)合能量會(huì)以熱取代光子的形式發(fā)射，由此便降低該發(fā)光裝置1的發(fā)光效率。
美國(guó)專利早期公開案US2003/0141507 A1中所提及的一種使用光子晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED Efficiency Using Photonic Crystal Structure)，揭露一具光子晶體結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制作方法。此美國(guó)早期公開案的發(fā)光二極管是選用一低表面結(jié)合率的介電材質(zhì)(如氮化鎵；GaN)作為磊晶材料，使得利用光子晶體的發(fā)光二極管更具實(shí)施性。
另外，利用發(fā)光二極管所產(chǎn)生的光源的頻率或波長(zhǎng)，耦合到光子晶體光子能帶結(jié)構(gòu)圖中的漏能帶(leaky band)，以增加二極管發(fā)光的光源外出效率，可見于近幾年的文獻(xiàn)，如M.Boroditsky et al.的”Light extraction from opticallypumped light-emitting diode by thin-slab photonic crystals，”Applied PhysicsLetters，Vol.75，No.8(1999)。而利用光子晶體的光子帶隙或漏能帶于發(fā)光裝置的比較，則可見于M.Zelsmann et al.的”Seventy-fold enhancement of lightextraction from a defectless photonic crystal made on silicon-on-insulator，”Applied Physics Letters，Vol.83，No.13(2003)。以上所提到的專利及參考文獻(xiàn)，在此并入本案作為參考資料。
綜觀而言，如何避免發(fā)光二極管所使用的材料產(chǎn)生高表面結(jié)合率的問題，并利用光子晶體阻止發(fā)光二極管產(chǎn)生的光源在內(nèi)部傳播以增加發(fā)光二極管的光源外出效率，是當(dāng)前開發(fā)在發(fā)光二極管上使用光子晶體的相關(guān)業(yè)者所需克服的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種具有光子晶體的發(fā)光二極管。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置。
本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管，包含一基板、一呈層狀的發(fā)光晶體及一第一金屬反射層。
該發(fā)光晶體可發(fā)射出一具有一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光源，并具有一連接于該基板的出光部，及一遠(yuǎn)離該出光部的背光部。該發(fā)光晶體自該背光部向相反于該出光部的方向凸出有若干相間隔設(shè)置的凸柱。每一凸柱具有一靠近該出光部的第一基壁、一相對(duì)該第一基壁遠(yuǎn)離該出光部的第二基壁，及一連接該第一及第二基壁的圍壁，且每一相鄰?fù)怪牡谝换谑窍嗷ミB接。借這些凸柱界定出若干通道，以使該發(fā)光晶體借這些凸柱界定出一面晶格(planarlattice)。
該第一金屬反射層形成在這些第一基壁及圍壁上，并由該第一金屬反射層界定出若干反射金屬格(metal grid)。
其中，該發(fā)光晶體借該面晶格及這些反射金屬格界定出一具一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。
另外，本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，包含一發(fā)光二極管及一散熱元件。
該發(fā)光二極管具有一基板、一呈層狀的發(fā)光晶體及一第一金屬反射層。該發(fā)光晶體可發(fā)射出一具有一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光源，并具有一連接于該基板的出光部，及一遠(yuǎn)離該出光部的背光部。該發(fā)光晶體自該背光部向相反于該出光部的方向凸出有若干相間隔設(shè)置的凸柱。每一凸柱具有一靠近該出光部的第一基壁、一相對(duì)該第一基壁遠(yuǎn)離該出光部的第二基壁，及一連接該第一及第二基壁的圍壁，且每一相鄰?fù)怪牡谝换谑窍嗷ミB接。借這些凸柱界定出若干通道，以使該發(fā)光晶體借這些凸柱界定出一面晶格。該第一金屬反射層是形成在這些第一基壁及圍壁上，并借該第一金屬反射層界定出若干反射金屬格。
該散熱元件是與該發(fā)光晶體的背光部連接。
其中，該發(fā)光晶體借該面晶格及這些反射金屬格界定出一具一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明圖1是一立體示意圖，說(shuō)明一種現(xiàn)有的利用周期介電結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置。
圖2是該圖1的發(fā)光裝置的光子能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖3是一側(cè)視剖面示意圖，說(shuō)明本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第一較佳實(shí)施例。
圖4是一俯視示意圖，說(shuō)明一正方形面晶格的幾何結(jié)構(gòu)。
圖5是一光子能帶結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明該第一較佳實(shí)施例的一光子晶體的全方位光子帶隙結(jié)構(gòu)。
圖6是一光子能帶結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明該第一較佳實(shí)施例的光子晶體在Γ到M方向的漏能帶結(jié)構(gòu)圖。
圖7是一側(cè)視剖面示意圖，說(shuō)明本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第二較佳實(shí)施例。
圖8是一側(cè)視剖面示意圖，說(shuō)明本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第三較佳實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
由本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管可利用覆晶(flip-chip)制作工藝形成一具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置。參閱圖3及圖4，本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第一較佳實(shí)施例，包含一發(fā)光二極管2、一散熱元件3、兩焊墊(bonding pad)4及兩焊塊(solder bump)7。
該發(fā)光二極管2具有一呈透明的基板21、一呈層狀的發(fā)光晶體5、一第一金屬反射層61及若干第二金屬反射層62。該發(fā)光晶體5可發(fā)射出一具有一預(yù)定波長(zhǎng)范圍(預(yù)定頻率范圍)的光源，并具有一連接于該基板21的出光部51，及一遠(yuǎn)離該出光部51的背光部52。適用于本發(fā)明的該基板21是使用一選自于下列群組中的磊晶基板藍(lán)寶石(sapphire)、氧化鋅(ZnO)及氮化鎵。在該第一較佳實(shí)施例中，該基板21是使用一藍(lán)寶石磊晶基板。
該發(fā)光晶體5自該背光部52向相反于該出光部51的方向凸出有若干相間隔設(shè)置的凸柱524。每一凸柱524具有一靠近該出光部51的第一基壁521、一相對(duì)該第一基壁521遠(yuǎn)離該出光部51的第二基壁522，及一連接該第一及第二基壁521、522的圍壁523，且每一相鄰?fù)怪?24的第一基壁521是相互連接。借這些凸柱524界定出若干通道525，以使該發(fā)光晶體5借這些凸柱524界定出一面晶格(如圖4所示)。
該第一金屬反射層61是形成在這些第一基壁521及圍壁523上，并由該第一金屬反射層61界定出若干反射金屬格。該發(fā)光晶體5借該面晶格及這些反射金屬格界定出一具一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。這些第二金屬反射層62是分別形成于這些第二基壁522上，借該第一及這些第二金屬反射層61、62共同界定出一連續(xù)金屬反射層63，并使該發(fā)光晶體5借該面晶格、這些反射金屬格及這些第二金屬反射層62界定出一具一三維結(jié)構(gòu)的光子晶體。適用于本發(fā)明的這些金屬反射層61、62是使用一選自于下列群組中的金屬材料銀、金、鋁、鎳、鈦、鉻及此等的一組合。在該第一較佳實(shí)施例中，這些金屬反射層61、62是使用銀的金屬材料。
該發(fā)光晶體5由該基板21向遠(yuǎn)離該基板21的方向更具有一連接于該基板21的第一型半導(dǎo)體層53(N型摻雜半導(dǎo)體層；N-doped semiconductor layer)、一局部覆蓋該第一型半導(dǎo)體層53的發(fā)光層55、及一覆蓋該發(fā)光層55的第二型半導(dǎo)體層56(P型摻雜半導(dǎo)體層；P-doped semiconductor layer)。適用于本發(fā)明的該發(fā)光晶體5，是使用一III-V族半導(dǎo)體材料。較佳地，該III-V族半導(dǎo)體材料，是摻雜有至少一IIIB族元素的氮化物(nitride)。在該第一較佳實(shí)施例中，該摻雜有至少一IIIB族元素的氮化物是氮化鋁銦鎵(AlxInyGazN；且0≤x，y，z≤1)，且每一凸柱524是具有部分該第二型半導(dǎo)體層56。
本發(fā)明中的該面晶格的每一凸柱524，是一選自于下列群組中的原子正四邊形(square)原子、圓形(circular)原子及正六邊形(hexagonal)原子。在該第一較佳實(shí)施例中，每一凸柱524是一正四邊形原子524’(如圖4所示)。本發(fā)明中的該面晶格是一選自于下列群組中的面晶格正四邊形面晶格、正六邊形面晶格及蜂巢狀(honeycomb)面晶格。在該第一較佳實(shí)施例中，該面晶格是一正四邊形面晶格。借兩相鄰?fù)怪?24的中心距離界定出該面晶格的一晶格間距(lattice spacing；以下簡(jiǎn)稱a)。該發(fā)光晶體5具有一預(yù)定厚度，每一凸柱524具有一預(yù)定尺寸及一預(yù)定高度。在該第一較佳實(shí)施例中，該預(yù)定厚度為0.5a，該預(yù)定尺寸為0.5a(意即正四邊形原子的邊長(zhǎng)為0.5a)，該預(yù)定高度為0.3a。
透過位在該背光部52上一具有該面晶格的幾何圖案(pattern)的光阻掩模(photo resistant mask；圖未示)，以干蝕刻(dry etching)或是濕蝕刻(wet etching)的方式蝕刻至該發(fā)光晶體5中，可以在該發(fā)光晶體5的背光部52上形成前面所提及的面晶格。而該光阻掩模上的幾何圖案可由電子束蝕刻(electron beamlithography)、激光干涉蝕刻(laser interference lithography)或是奈米壓印蝕刻(nano-imprint lithography)等技術(shù)所形成。
這些焊墊4是分別設(shè)置在該第一型半導(dǎo)體層53及該第二型半導(dǎo)體層56上，且設(shè)置在該第二型半導(dǎo)體層56的焊墊4是與該連續(xù)金屬反射層63電性連接。
該散熱元件3是具有一材質(zhì)為硅(Si)的散熱塊31及兩連接于該散熱塊31的導(dǎo)線32。該散熱元件3是借由這些焊塊7連接于該發(fā)光晶體5的背光部52。適用于本發(fā)明的每一導(dǎo)線32是使用一選自于下列群組中的金屬導(dǎo)體材料鋁、金、銅及此等的一組合。在該第一較佳實(shí)施例中，每一導(dǎo)線32是使用鋁的金屬導(dǎo)體材料。
上面所提及的光子晶體的幾何結(jié)構(gòu)，可由晶格矢量(lattice vector)、原子大小(atom size)、原子形狀(atom shape)與蝕刻深度(etching depth)等結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)決定。利用調(diào)整這些結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使該預(yù)定頻率范圍位于在該光子晶體的光子能帶結(jié)構(gòu)圖中一特定范圍內(nèi)。在該第一較佳實(shí)施例中，該光子晶體由于受到該連續(xù)金屬反射層63強(qiáng)散射效應(yīng)的影響，其光子能帶結(jié)構(gòu)圖將在波導(dǎo)區(qū)形成一全光子帶隙。利用調(diào)整該光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使本發(fā)明的發(fā)光二極管的預(yù)定頻率范圍位于該全光子帶隙的中，因此可大幅增加該發(fā)光二極管2的光源外出效率。
參閱圖5，顯示出該呈三維結(jié)構(gòu)的光子晶體在最小布里淵區(qū)位于波導(dǎo)區(qū)的波導(dǎo)能帶(guided bands)。其中，直斜線表示由該發(fā)光層55發(fā)出的光源在該基板21的光速線(light line)。圖5中的陰影區(qū)表示該光子晶體位于頻率范圍介于0.35c/a與0.38c/a(而c為光速)間的全光子帶隙區(qū)，其光子帶隙大小(bandgapsize)約為8％。此外，由于該光子晶體在空間中對(duì)z軸的幾何結(jié)構(gòu)為非對(duì)稱，所以在圖5中顯示出一0.12c/a的截止頻率(cut-offfrequency)。當(dāng)該光源的預(yù)定波長(zhǎng)范圍為470nm且半高寬為20nm，該光子晶體的晶格間距a可被定義為170nm。如此一來(lái)，該全光子帶隙便落于447nm與486nm之間(意即頻率介于0.38(c/a)至0.35(c/a)之間)，足以使該光源無(wú)法在該發(fā)光晶體5內(nèi)傳播，因而大幅增加該發(fā)光二極管2的光源外出效率。
在該第一較佳實(shí)施例中，該光子晶體由于受到該連續(xù)金屬反射層63強(qiáng)散射效應(yīng)的影響，其光子能帶結(jié)構(gòu)圖將在輻射區(qū)形成一扁平漏能帶。利用調(diào)整該光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使本發(fā)明的發(fā)光二極管的預(yù)定波長(zhǎng)范圍位于該扁平漏能帶中，可大幅增加該發(fā)光二極管2的光源外出效率。
參閱圖6，為上述的光子晶體在Γ到M方向的漏能帶結(jié)構(gòu)圖。其中，直斜線表示由該發(fā)光層55發(fā)出的光源在該基板21的光速線。當(dāng)該光源的預(yù)定波長(zhǎng)范圍為470nm且半高寬為20nm時(shí)，該光子晶體的晶格間距a可被定義為296nm，使圖6陰影區(qū)內(nèi)的扁平漏能帶落于455nm與485nm之間(意即頻率介于0.65(c/a)至0.61(c/a)之間)。如此一來(lái)，利用該光源耦合至該陰影區(qū)內(nèi)的扁平漏能帶，可大幅增加該發(fā)光二極管2的光源外出效率。
參閱圖7，本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第二較佳實(shí)施例，大致上是與該第一較佳實(shí)施例相同，其不同處在于，該三維光子晶體的細(xì)部結(jié)構(gòu)，且該發(fā)光二極管裝置更包含若干分別介于這些第一基壁521及該第一金屬反射層61之間的低介電材料體57。
每一凸柱524是具有該第二型半導(dǎo)體層56、該發(fā)光層55及部分該第一型半導(dǎo)體層53。每一低介電材料體57是自這些第一基壁521形成至部分該第二型半導(dǎo)體層56。
參閱圖8，本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置的一第三較佳實(shí)施例，大致上是與該第二較佳實(shí)施例相同，其不同處在于，該發(fā)光二極管裝置更包含一取代這些低介電材料體57的氧化層58。該氧化層58是介于這些圍壁523、第一基壁521及第一金屬反射層61之間。每一凸柱524是具有該第二型半導(dǎo)體層56、該發(fā)光層55及部分該第一型半導(dǎo)體層53。
前面所提及的第二及第三較佳實(shí)施例，主要是針對(duì)這些凸柱524的預(yù)定高度對(duì)該光子晶體的結(jié)構(gòu)做修正。雖然在每一較佳實(shí)施例中，其凸柱524的預(yù)定高度為0.3a，但是當(dāng)該第二及第三較佳實(shí)施例中的每一凸柱524是具有該第二型半導(dǎo)體層56、該發(fā)光層55及部分該第一型半導(dǎo)體層53時(shí)(意即，蝕刻深度是到達(dá)該第一型半導(dǎo)體層53時(shí))，則需另外再增加這些低介電材料體57，或以該氧化層58取代這些低介電材料體57以防止漏電流(current leakage)等情形產(chǎn)生。然而，在相同的光源頻率下，光子晶體的晶格常數(shù)a值、全光子帶隙的預(yù)定頻率范圍及漏能帶的預(yù)定頻率范圍是隨著不同的介電材料(如前面所提及的低介電材料體57及氧化層58)而有些微的偏移(shift)。因此，在該第二及第三較佳實(shí)施例中，其晶格常數(shù)a及光子能帶結(jié)構(gòu)中的頻率范圍等數(shù)值，是些微地不同于該第一較佳實(shí)施例中的數(shù)值。
由上述這些較佳實(shí)施例的說(shuō)明，可得到以下幾個(gè)結(jié)果一、該發(fā)光二極管2可利用該全光子帶隙或是該光子能帶結(jié)構(gòu)中的漏能帶，大幅提高該發(fā)光二極管2的光源外出效率。
二、利用半導(dǎo)體制作工藝中覆晶的封裝方式來(lái)封裝發(fā)光二極管，可提供散熱性佳的特點(diǎn)，并可避免該發(fā)光二極管2因這些焊墊4的遮光效應(yīng)，而影響該發(fā)光二極管2的發(fā)光效率。
本發(fā)明具有光子晶體的發(fā)光二極管及其裝置具有提高發(fā)光二極管的光源外出效率、散熱性佳、且不會(huì)因焊塊的遮光效應(yīng)而影響該發(fā)光二極管的發(fā)光效率等特點(diǎn)，所以確實(shí)能達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于包含一基板；一呈層狀的發(fā)光晶體，具有一連接于該基板的出光部及一遠(yuǎn)離該出光部的背光部，該發(fā)光晶體自該背光部向相反于該出光部的方向凸出有若干相間隔設(shè)置的凸柱，每一凸柱具有一靠近該出光部的第一基壁、一相對(duì)該第一基壁遠(yuǎn)離該出光部的第二基壁，及一連接該第一及第二基壁的圍壁，且每一相鄰?fù)怪牡谝换谑窍嗷ミB接，借這些凸柱界定出若干通道，以使該發(fā)光晶體借這些凸柱界定出一面晶格；及一形成在這些第一基壁及圍壁上的第一金屬反射層，借該第一金屬反射層界定出若干反射金屬格；其中，該發(fā)光晶體借該面晶格及這些反射金屬格界定出一具一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于更包含若干分別形成于這些第二基壁上的第二金屬反射層，借該第一金屬反射層及這些第二金屬反射層共同界定出一連續(xù)金屬反射層，并使該發(fā)光晶體借該面晶格、這些反射金屬格及這些第二金屬反射層界定出一具一三維結(jié)構(gòu)的光子晶體。
3.如權(quán)利要求2所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該發(fā)光晶體由該基板向遠(yuǎn)離該基板的方向更具有一連接于該基板的第一型半導(dǎo)體層、一局部覆蓋該第一型半導(dǎo)體層的發(fā)光層、及一覆蓋該發(fā)光層的第二型半導(dǎo)體層。
4.如權(quán)利要求3所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該第一型半導(dǎo)體層是一N型摻雜半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層是一P型摻雜半導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求4所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該發(fā)光晶體是一III-V族半導(dǎo)體材料。
6.如權(quán)利要求5所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該III-V族半導(dǎo)體材料，是摻雜有至少一IIIB族元素的氮化物。
7.如權(quán)利要求6所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于每一凸柱是具有部分該第二型半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求6所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于更包含若干分別介于這些第一基壁及該第一金屬反射層之間的低介電材料體，每一凸柱是具有該第二型半導(dǎo)體層、該發(fā)光層及部分該第一型半導(dǎo)體層，每一低介電材料體是自這些第一基壁形成至部分該第二型半導(dǎo)體層。
9.如權(quán)利要求6所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于更包含一氧化層，該氧化層是介于這些圍壁、第一基壁及第一金屬反射層之間，每一凸柱是具有該第二型半導(dǎo)體層、該發(fā)光層及部分該第一型半導(dǎo)體層。
10.如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該面晶格的每一凸柱是一選自于下列群組中的原子正四邊形原子、圓形原子及正六邊形原子。
11.如權(quán)利要求10所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該面晶格的每一凸柱是一正四邊形原子。
12.如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該面晶格是一選自于下列群組中的面晶格正四邊形面晶格、正六邊形面晶格及蜂巢狀面晶格。
13.如權(quán)利要求12所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該面晶格是一正四邊形面晶格。
14.如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該基板是使用一選自于下列群組中的磊晶基板藍(lán)寶石、氧化鋅及氮化鎵。
15.如權(quán)利要求14所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于該基板是使用藍(lán)寶石磊晶基板。
16.如權(quán)利要求2所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管，其特征在于這些金屬反射層是使用一選自于下列群組中的金屬材料銀、鋁、鎳、鈦、鉻及此等的一組合。
17.一種具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于其包含一發(fā)光二極管，具有一基板、一呈層狀的發(fā)光晶體及一第一金屬反射層，該發(fā)光晶體具有一連接于該基板的出光部及一遠(yuǎn)離該出光部的背光部，該發(fā)光晶體自該背光部向相反于該出光部的方向凸出有若干相間隔設(shè)置的凸柱，每一凸柱具有一靠近該出光部的第一基壁、一相對(duì)該第一基壁遠(yuǎn)離該出光部的第二基壁，及一連接該第一及第二基壁的圍壁，且每一相鄰?fù)怪牡谝换谑窍嗷ミB接，借這些凸柱界定出若干通道，以使該發(fā)光晶體借這些凸柱界定出一面晶格，該第一金屬反射層是形成在這些第一基壁及圍壁上，并借該第一金屬反射層界定出若干反射金屬格；及一與該發(fā)光晶體的背光部連接的散熱元件；其中，該發(fā)光晶體借該面晶格及這些反射金屬格界定出一具一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。
18.如權(quán)利要求17所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光二極管更具有若干分別形成于這些第二基壁上的第二金屬反射層，借該第一金屬反射層及這些第二金屬反射層共同界定出一連續(xù)金屬反射層，并使該發(fā)光晶體借該面晶格、這些反射金屬格及這些第二金屬反射層界定出一具一三維結(jié)構(gòu)的光子晶體。
19.如權(quán)利要求18所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光晶體由該基板向遠(yuǎn)離該基板的方向更具有一連接于該基板的第一型半導(dǎo)體層、一局部覆蓋該第一型半導(dǎo)體層的發(fā)光層、及一覆蓋該發(fā)光層的第二型半導(dǎo)體層。
20.如權(quán)利要求19所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該第一型半導(dǎo)體層是一N型摻雜半導(dǎo)體層，該第二型半導(dǎo)體層是一P型摻雜半導(dǎo)體層。
21.如權(quán)利要求20所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光晶體是一III-V族半導(dǎo)體材料。
22.如權(quán)利要求21所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該III-V族半導(dǎo)體材料，是摻雜有至少一IIIB族元素的氮化物。
23.如權(quán)利要求22所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于每一凸柱是具有部分該第二型半導(dǎo)體層。
24.如權(quán)利要求22所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光二極管更具有若干分別介于這些第一基壁及該第一金屬反射層之間的低介電材料體，每一凸柱是具有該第二型半導(dǎo)體層、該發(fā)光層及部分該第一型半導(dǎo)體層，每一低介電材料體是自這些第一基壁形成至部分該第二型半導(dǎo)體層。
25.如權(quán)利要求22所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該發(fā)光二極管更具有一介于這些圍壁、第一基壁及第一金屬反射層之間的氧化層，每一凸柱是具有該第二型半導(dǎo)體層、該發(fā)光層及部分該第一型半導(dǎo)體層。
26.如權(quán)利要求17所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該面晶格的每一凸柱是一選自于下列群組中的原子正四邊形原子、圓形原子及正六邊形原子。
27.如權(quán)利要求26所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該面晶格的每一凸柱是一正四邊形原子。
28.如權(quán)利要求17所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該面晶格是一選自于下列群組中的面晶格正四邊形面晶格、正六邊形面晶格及蜂巢狀面晶格。
29.如權(quán)利要求28所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該面晶格是一正四邊形面晶格。
30.如權(quán)利要求17所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板是使用一選自于下列群組中的磊晶基板藍(lán)寶石、氧化鋅及氮化鎵。
31.如權(quán)利要求30所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于該基板是使用藍(lán)寶石磊晶基板。
32.如權(quán)利要求18所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于這些金屬反射層是使用一選自于下列群組中的金屬材料銀、鋁、鎳、鈦、鉻及此等的一組合。
33.如權(quán)利要求18所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于更包含兩個(gè)分別設(shè)置在該第一型半導(dǎo)體層及該第二型半導(dǎo)體層的焊墊，且設(shè)置在該第二型半導(dǎo)體層的焊墊是與該連續(xù)金屬反射層電性連接，該散熱元件具有一散熱塊及兩連接于該散熱塊的導(dǎo)線，這些焊墊是分別與這些導(dǎo)線電性連接。
34.如權(quán)利要求33所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于更包含兩分別介于這些焊墊及導(dǎo)線之間的焊塊。
35.如權(quán)利要求33所述的具有光子晶體的發(fā)光二極管裝置，其特征在于每一導(dǎo)線是使用一選自于下列群組中的金屬導(dǎo)體材料鋁、金、銅及此等的一組合。
全文摘要
一種具有光子晶體的發(fā)光二極管包含一基板、一具有一連接基板的出光部及一遠(yuǎn)離出光部的背光部的發(fā)光晶體及一金屬反射層。發(fā)光晶體具有若干設(shè)置于背光部的凸柱并界定出若干通道以使發(fā)光晶體界定出一面晶格。每凸柱具有一第一基壁、一相對(duì)第一基壁遠(yuǎn)離出光部的第二基壁及一連接第一及第二基壁的圍壁，且每相鄰的第一基壁相互連接。金屬反射層形成在這些第一基壁及圍壁上。借該面晶格及金屬反射層限定出一二維周期性結(jié)構(gòu)的光子晶體。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1641898SQ200410001988
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者林仲相, 林佳鋒 申請(qǐng)人:漢欣企業(yè)有限公司