一维光子晶体及其发光装置制造方法及图纸

一种具有一维光子晶体的发光装置，包含：发光二极管，具有一基材和一连接于基材并发射出一预定波长范围的光源的发光晶体；以及一一维光子晶体的介电体。发光二极管具有一位于基材下表面的第一表面，及一位于发光晶体上表面的第二表面。介电体连接于第一及第二表面其中之一上并具有至少一介电单元。介电单元至少具有一在预定波长范围的环境下具有一大于０．５８的折射率差的第一介电层及一第二介电层，以便介电体具有一实质地全反射该光源的反射性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一维光子晶体(One-Dimensional Photonic Crystal)，及一种由其制造的发光装置。
技术介绍
由于发光二极管(Light Emitting Diode)具有体积小的优势，因此已被广泛应用于显示器背光模组、通讯、电脑、交通信号标志及玩具等消费市场。目前因为亮度不够的问题，尚未能广泛使用于照明市场。但是照明领域的应用对未来的消费市场而言，发展及成长的空间相当广大。为了解决有关发光二极管亮度不够的问题，科学家们从数个方面来提高元件的亮度，包括由外延生长过程技术(epitaxial processtechnology)、晶片过程技术(chip process technology)及封装过程技术(package process technology)等方面来着手。其中，在外延生长过程技术方面主要尽量提升施主(donor)及受主(acceptor)的浓度，并设法减低有源层(active layer)的位错密度(dislocation density)。由于提高有缘层中的受主浓度并不容易，特别是在蓝光氮化镓(GaN)系统有其难度，因此设法减低有源层中的位错密度的技术并不容易突破。而有关封装技术方面则利用组装技术在晶片上放置反射镜(reflection mirror)，但此种方法则会增加组装的困难度。参阅图1，一种现有的发光二极管1，是目前发光二极管的最基本结构。发光二极管1包含一基材11及一发光晶体12。发光晶体12是利用本
技术人员所熟悉的晶片过程技术分别形成有一N型材料层121、一N型电极层122、一有源层(activelayer)123、一P型材料层124及一透明的P型电极层125。N型材料层121是形成在基材11上方，并在N型材料层121上方的局部区域形成N型电极层122，且在没有N型电极层122的区域形成有源层123。P型材料层124形成在有源层123的上方，并在P型材料层124的上方形成P型电极层125。使得发光二极管1在封装过程后可与电源电连接，以形成发光元件。参阅图2，一种现有的发光二极管2，大致上是与发光二极管1的结构相同。其不同处在于发光二极管2进一步包含多个位于发光层123与N型材料层121之间的高低折射率(refractive index)材料层对13。借助于这些高低折射率材料层对13，以提高发光二极管2的发光效率。参阅图3，一种现有的发光二极管3，是以外延生长过程技术并利用高折射率材料来提高元件的发光亮度。发光二极管3的结构大致上是与发光二极管1的结构相同，其不同处在于，该发光二极管3进一步包含多个位于基材11及发光晶体12之间的反射层对14。反射层对14是利用如(AlxGa1-x)1-yInN/(AlaGa1-a)1-bInbN(y＞a)高低折射率的材料，预先成长在基材11上，再在其上生长发光晶体12。使得由发光晶体12向下发射出来的光可以被反射层对14反射回发光晶体12的上方，以提升发光二极管3的亮度。参阅图4，一种现有的发光二极管4，是以薄膜沉积过程技术(thinfilm deposition process technology)并利用高折射率的金属材料来提高元件的发光亮度。发光二极管4的结构大致上是与发光二极管1的结构相同，其不同处在于发光二极管4进一步包含一位于基材11底面的金属镜面层15。使得由发光晶体12向下发射出来的光，可以被金属镜面层15反射回发光晶体12的上方，以提升发光二极管4的整体亮度。参阅图5，一种现有的发光二极管5，是利用抗反射材料来提高元件的发光亮度。发光二极管5的结构大致上是与发光二极管1的结构相同，其不同处在于发光二极管5进一步包含多个位于透明的P型电极层125上方的抗反射层对16。借助于这些抗反射层对16，可提升发光二极管5的亮度。前面所提到的这些现有的发光二极管的设计虽然都可增加发光二极管的发光亮度，但不是因过程中所产生的晶格不匹配(latticemismatch)，会增加发光晶体中的位错密度而影响到发光亮度，就是有减低亮度的疑虑。此外，如发光二极管2和3中的高低折射率材料层对，对于大角度的入射光仍有漏光的缺点。而如发光二极管4中的金属镜面层15，对于可见光或是紫外光有吸收的缺点。又如发光二极管5虽然抗反射层对16可以提升发光二极管5的发光亮度，但随着入射角度的增加，这些抗反射层对16的抗反射性的效果便会随着减低。另外，美国专利第6,130,780号公开了一由全方向一维光子晶体所制成的全方向反射镜。该全方向一维光子晶体具有一全方向光带隙，使得当入射光的频率(或波长)落入该光带隙时，可全反射任何一入射角及偏极化(Polarization)的光。此处所公开的全方向反射镜，是由多个呈对的高低折射率层的介电材料所构成，且两介电材料之间折射率的差异，必须是足够高才可以形成全方向光带隙。其中，该全方向反射镜与前面每个现有的发光二极管所提到的反射镜及抗反射镜之间的差异，可见于U.S.6,130,780的说明书。以上所提到的前案专利，在此并入本申请作为参考资料。因此，如何避免形成发光二极管的晶格不匹配，又可使发光二极管的发光亮度提升以符合消费市场的需求，是目前开发发光二极管的技术人员不断研究努力的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种一维光子晶体。本专利技术的另一目的在于提供一种具有一维光子晶体的发光装置，来克服在前面现有的发光二极管中所提到的缺点。本专利技术的一维光子晶体，包含一具有周期性变化的介电常数的介电体。该介电体具有至少一介电单元。该介电单元至少具有一第一介电层及一第二介电层。所述介电层在折射率上是相互不同的，以至于该介电体具有实质地全反射具有一预定波长范围的光源的反射性。其中，该第一介电层及该第二介电层在该预定波长范围的光源的环境下具有一大于0.58的折射率差，该第一介电层的折射率是大于该第二介电层的折射率。该第一介电层是由从下列物质构成的组中选出的一化合物制成氧化物及硫化物。该第二介电层是由从下列物质构成的组中选出的一化合物制成氧化物及氟化物。另外，本专利技术的具有一维光子晶体的发光装置，包含一发光二极管及一一维光子晶体的介电体。该发光二极管具有一基材及一连接于该基材的发光晶体。该发光二极管借助于该基材与发光晶体共同界定出一形成在该基材上且远离该发光晶体的第一表面，及一形成在该发光晶体上且远离该基材并相反于该第一表面的第二表面。该发光晶体可发射出一预定波长范围的光源。该一维光子晶体的介电体连接于该第一表面及第二表面其中之一上。该介电体具一周期性变化的介电常数并具有至少一介电单元。该介电单元至少具有一第一介电层及一第二介电层。所述介电层在折射率上是相互不同的，以致于该一维光子晶体的介电体具有一实质地全反射该光源的反射性。其中，该第一介电层及该第二介电层在该预定波长范围的光源的环境下具有一大于0.58的折射率差。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明图1是一剖面示意图，说明一第一种现有的发光二极管的基本结构。图2是一剖面示意图，说明一第二种现有的发光二极管的各层结构。图3是一剖面示意图，说明一第三种现有的发光二极管的各层结构。图4是一剖面示意图，说明一第四种现有的发光二极管的各层结构。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于其包含：一发光二极管，具有一基材及一连接于该基材的发光晶体，借助于该基材与发光晶体共同界定出一形成在该基材上且远离该发光晶体的第一表面，及一形成在该发光晶体上且远离该基材并相反于该第一表面的 第二表面，该发光晶体可发射出一预定波长范围的光源；及一一维光子晶体的介电体，连接于该第一表面及第二表面的其中之一上，该介电体具有一周期性变化的介电常数并具有至少一介电单元，该介电单元至少具有一第一介电层及一第二介电层，所述介电层在折 射率上是相互不同的，以便该一维光子晶体的介电体具有一实质地全反射该光源的反射性；其中，该第一介电层及该第二介电层在该预定波长范围的光源的环境下具有一大于０．５８的折射率差。

【技术特征摘要】
1.一种具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于其包含一发光二极管，具有一基材及一连接于该基材的发光晶体，借助于该基材与发光晶体共同界定出一形成在该基材上且远离该发光晶体的第一表面，及一形成在该发光晶体上且远离该基材并相反于该第一表面的第二表面，该发光晶体可发射出一预定波长范围的光源；及一一维光子晶体的介电体，连接于该第一表面及第二表面的其中之一上，该介电体具有一周期性变化的介电常数并具有至少一介电单元，该介电单元至少具有一第一介电层及一第二介电层，所述介电层在折射率上是相互不同的，以便该一维光子晶体的介电体具有一实质地全反射该光源的反射性；其中，该第一介电层及该第二介电层在该预定波长范围的光源的环境下具有一大于0.58的折射率差。2.如权利要求1所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该第一介电层的折射率是大于该第二介电层的折射率。3.如权利要求2所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该第一介电层是由从下列物质构成的组中选出的一化合物制成氧化物及硫化物；该第二介电层是由从下列物质构成的组中选出的一化合物制成氧化物及氟化物。4.如权利要求3所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该第一介电层的化合物是氧化物，该氧化物是由从下列物质构成的组中选出的一氧化物制成氧化钛、五氧化二钽、氧化锆、氧化锌、三氧化二钕及五氧化二铌；该第二介电层的化合物是氧化物，该氧化物是由从下列物质构成的组中选出的一氧化物制成氧化硅、氧化铝、氧化镁、三氧化二镧、三氧化二镱及三氧化二钇。5.如权利要求4所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该第一介电层是由二氧化钛所制成，该第二介电层是由二氧化硅所制成。6.如权利要求3所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该预定波长范围是介于300nm到420nm，借助于该介电单元的一总厚度界定出一第一晶格间隙a1，使该第一介电层的厚度是介于0.24a1到0.69a1。7.如权利要求3所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该预定波长范围是介于420nm到480nm，借助于该介电单元的一总厚度界定出一第二晶格间隙a2，使该第一介电层的厚度是介于0.33a2到0.58a2。8.如权利要求3所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该预定波长范围是介于480nm到550nm，借助于该介电单元的一总厚度界定出一第三晶格间隙a3，使该第一介电层的厚度是介于0.40a3到0.51a3。9.如权利要求1所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该一维光子晶体的介电体是连接于该第一表面上，借助于该一维光子晶体的介电体使该光源由该第一表面反射至该第二表面。10.如权利要求1所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该一维光子晶体的介电体是连接于该第二表面上，借助于该一维光子晶体的介电体使该光源由该第二表面反射至该第一表面。11.如权利要求10所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于进一步包含至少一散热元件，该散热元件具有一散热片及多个设置在该散热片上的导线，该散热片借助于所述导线连接于该发光晶体上。12.如权利要求1所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该发光晶体是由一掺杂至少一IIIB族元素的氮化镓半导体材料所制成。13.如权利要求12所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该发光晶体自该基材远离该基材的方向依序具有一连接于该基板的第一型半导体层、一局部覆盖该第一型半导体层的有源层及一覆盖该有源层的第二型半导体层。14.如权利要求13所述的具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于该第一型半导体层是一N型掺杂半导体层，该第二型半导体层是一P型掺杂半导体层。15.一种具有一维光子晶体的发光装置，其特征在于其包含一发光二极管，具有一基材及一连接于该基材的发光晶体，借助于该基材与发光晶体共同界定出一形成在该基材上且远离该发光晶体的第一表面，及一形成在该发光晶体上且远离该基材并相反于该第一表面的第二表面，该发光晶体可发射出一预定波长范围的光源；及一一维光子晶体的介电体，连接于该第一表面及第二表面的其中之一上，该介电体具有一周期性变化的介电常数并具有至少一介电单元，该介电单元至少具有一第一介电层及一第二介电层，所述介电层在折射率上是相互不同的，以致于该一维光子晶体的介电体具有一实质地全反射该光源的反射性；其中，该第一介电层及该第二介电层在该预定波长范围的光源的环境下具有一大于0.58的折射率差，该第一介电层的折射率是大于该第二介电层的折射率，该第一介电层是由从下列物质构成的组中选出的一化合物制...

【专利技术属性】
技术研发人员：林仲相，
申请(专利权)人：汉欣企业有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]