專利名稱：一維光子晶體及其發光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種一維光子晶體(One-Dimensional Photonic Crystal)，及一種由其制造的發光裝置。
背景技術：
由于發光二極管(Light Emitting Diode)具有體積小的優勢，因此已被廣泛應用于顯示器背光模組、通訊、電腦、交通信號標志及玩具等消費市場。目前因為亮度不夠的問題，尚未能廣泛使用于照明市場。但是照明領域的應用對未來的消費市場而言，發展及成長的空間相當廣大。
為了解決有關發光二極管亮度不夠的問題，科學家們從數個方面來提高元件的亮度，包括由外延生長過程技術(epitaxial processtechnology)、晶片過程技術(chip process technology)及封裝過程技術(package process technology)等方面來著手。其中，在外延生長過程技術方面主要盡量提升施主(donor)及受主(acceptor)的濃度，并設法減低有源層(active layer)的位錯密度(dislocation density)。由于提高有緣層中的受主濃度并不容易，特別是在藍光氮化鎵(GaN)系統有其難度，因此設法減低有源層中的位錯密度的技術并不容易突破。而有關封裝技術方面則利用組裝技術在晶片上放置反射鏡(reflection mirror)，但此種方法則會增加組裝的困難度。
參閱圖1，一種現有的發光二極管1，是目前發光二極管的最基本結構。發光二極管1包含一基材11及一發光晶體12。
發光晶體12是利用本技術領域技術人員所熟悉的晶片過程技術分別形成有一N型材料層121、一N型電極層122、一有源層(activelayer)123、一P型材料層124及一透明的P型電極層125。N型材料層121是形成在基材11上方，并在N型材料層121上方的局部區域形成N型電極層122，且在沒有N型電極層122的區域形成有源層123。P型材料層124形成在有源層123的上方，并在P型材料層124的上方形成P型電極層125。使得發光二極管1在封裝過程后可與電源電連接，以形成發光元件。
參閱圖2，一種現有的發光二極管2，大致上是與發光二極管1的結構相同。其不同處在于發光二極管2進一步包含多個位于發光層123與N型材料層121之間的高低折射率(refractive index)材料層對13。借助于這些高低折射率材料層對13，以提高發光二極管2的發光效率。
參閱圖3，一種現有的發光二極管3，是以外延生長過程技術并利用高折射率材料來提高元件的發光亮度。發光二極管3的結構大致上是與發光二極管1的結構相同，其不同處在于，該發光二極管3進一步包含多個位于基材11及發光晶體12之間的反射層對14。反射層對14是利用如(AlxGa1-x)1-yInN/(AlaGa1-a)1-bInbN(y＞a)高低折射率的材料，預先成長在基材11上，再在其上生長發光晶體12。使得由發光晶體12向下發射出來的光可以被反射層對14反射回發光晶體12的上方，以提升發光二極管3的亮度。
參閱圖4，一種現有的發光二極管4，是以薄膜沉積過程技術(thinfilm deposition process technology)并利用高折射率的金屬材料來提高元件的發光亮度。發光二極管4的結構大致上是與發光二極管1的結構相同，其不同處在于發光二極管4進一步包含一位于基材11底面的金屬鏡面層15。使得由發光晶體12向下發射出來的光，可以被金屬鏡面層15反射回發光晶體12的上方，以提升發光二極管4的整體亮度。
參閱圖5，一種現有的發光二極管5，是利用抗反射材料來提高元件的發光亮度。發光二極管5的結構大致上是與發光二極管1的結構相同，其不同處在于發光二極管5進一步包含多個位于透明的P型電極層125上方的抗反射層對16。借助于這些抗反射層對16，可提升發光二極管5的亮度。
前面所提到的這些現有的發光二極管的設計雖然都可增加發光二極管的發光亮度，但不是因過程中所產生的晶格不匹配(latticemismatch)，會增加發光晶體中的位錯密度而影響到發光亮度，就是有減低亮度的疑慮。此外，如發光二極管2和3中的高低折射率材料層對，對于大角度的入射光仍有漏光的缺點。而如發光二極管4中的金屬鏡面層15，對于可見光或是紫外光有吸收的缺點。又如發光二極管5雖然抗反射層對16可以提升發光二極管5的發光亮度，但隨著入射角度的增加，這些抗反射層對16的抗反射性的效果便會隨著減低。
另外，美國專利第6,130,780號公開了一由全方向一維光子晶體所制成的全方向反射鏡。該全方向一維光子晶體具有一全方向光帶隙，使得當入射光的頻率(或波長)落入該光帶隙時，可全反射任何一入射角及偏極化(Polarization)的光。此處所公開的全方向反射鏡，是由多個呈對的高低折射率層的介電材料所構成，且兩介電材料之間折射率的差異，必須是足夠高才可以形成全方向光帶隙。其中，該全方向反射鏡與前面每個現有的發光二極管所提到的反射鏡及抗反射鏡之間的差異，可見于U.S.6,130,780的說明書。以上所提到的前案專利，在此并入本申請作為參考資料。
因此，如何避免形成發光二極管的晶格不匹配，又可使發光二極管的發光亮度提升以符合消費市場的需求，是目前開發發光二極管的技術人員不斷研究努力的方向。
發明內容本發明的目的之一在于提供一種一維光子晶體。
本發明的另一目的在于提供一種具有一維光子晶體的發光裝置，來克服在前面現有的發光二極管中所提到的缺點。
本發明的一維光子晶體，包含一具有周期性變化的介電常數的介電體。
該介電體具有至少一介電單元。該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層。所述介電層在折射率上是相互不同的，以至于該介電體具有實質地全反射具有一預定波長范圍的光源的反射性。
其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差，該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率。該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物。該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物。
另外，本發明的具有一維光子晶體的發光裝置，包含一發光二極管及一一維光子晶體的介電體。
該發光二極管具有一基材及一連接于該基材的發光晶體。該發光二極管借助于該基材與發光晶體共同界定出一形成在該基材上且遠離該發光晶體的第一表面，及一形成在該發光晶體上且遠離該基材并相反于該第一表面的第二表面。該發光晶體可發射出一預定波長范圍的光源。
該一維光子晶體的介電體連接于該第一表面及第二表面其中之一上。該介電體具一周期性變化的介電常數并具有至少一介電單元。該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層。所述介電層在折射率上是相互不同的，以致于該一維光子晶體的介電體具有一實質地全反射該光源的反射性。
其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1是一剖面示意圖，說明一第一種現有的發光二極管的基本結構。
圖2是一剖面示意圖，說明一第二種現有的發光二極管的各層結構。
圖3是一剖面示意圖，說明一第三種現有的發光二極管的各層結構。
圖4是一剖面示意圖，說明一第四種現有的發光二極管的各層結構。
圖5是一剖面示意圖，說明一第五種現有的發光二極管的各層結構。
圖6是一折射率差與一第一介電層的厚度所形成的光帶隙尺寸關系圖，說明本發明的該第一介電層及一第二介電層的折射率差與該第一介電層的厚度所形成的光帶隙尺寸的關系。
圖7是一剖面示意圖，說明本發明具有一維光子晶體的發光裝置的具體實施例一。
圖8是該圖7的局部放大示意圖，說明具體實施例一的一介電體的介電單元的細部結構。
圖9是一第一介電層在一第一晶格間隙(a1)中的相對厚度關系圖，說明在具體實施例一的波長范圍(300nm到420nm)下，一光帶隙尺寸及該第一介電層的厚度的關系圖。
圖10是一光帶隙結構圖，說明具體實施例一中的介電體的光帶隙結構。
圖11是一平均折射率光譜圖，說明由空氣中測得具體實施例一中的介電體的折射率。
圖12是一平均折射率及穿透率光譜圖，說明由一基材中測得該具體實施例一中的介電體的折射率及穿透率。
圖13是一平均折射率及穿透率光譜圖，說明由一發光晶體中測得具體實施例一中的介電體的折射率及穿透率。
圖14是是該圖7的局部放大示意圖，說明具體實施例二的一介電體的介電單元的細部結構。
圖15是一第一介電層在一第二晶格間隙(a2)中的相對厚度關系圖，說明在具體實施例二的波長范圍(420nm到480nm)下，一光帶隙尺寸及該第一介電層的厚度的關系圖。
圖16是一光帶隙結構圖，說明具體實施例二中的介電體的光帶隙結構。
圖17是一平均折射率光譜圖，說明由空氣中測得具體實施例二中的介電體的折射率。
圖18是一平均折射率光譜圖，說明由該基材中測得具體實施例二中的介電體的折射率。
圖19是一平均折射率光譜圖，說明由該發光晶體中測得具體實施例二中的介電體的折射率。
圖20是該圖7的局部放大示意圖，說明具體實施例三的一介電體的介電單元的細部結構。
圖21是一第一介電層在一第三晶格間隙(a3)中的相對厚度關系圖，說明在具體實施例三的波長范圍(480nm到550nm)下，一光帶隙尺寸及該第一介電層的厚度的關系圖。
圖22是一光帶隙結構圖，說明具體實施例三中的介電體的光帶隙結構。
圖23是一平均折射率光譜圖，說明由空氣中測得具體實施例三中的介電體的折射率。
圖24是一平均折射率光譜圖，說明由該基材中測得具體實施例三中的介電體的折射率。
圖25是一平均折射率光譜圖，說明由該發光晶體中測得具體實施例三中的介電體的折射率。
圖26是一局部剖面示意圖，說明本發明的具有一維光子晶體的發光裝置的具體實施例四。
具體實施方式
本發明的一維光子晶體，是針對在各波長范圍的光源下去設計出該一維光子晶體的介電變化的周期性關系。本發明的一維光子晶體包含一具有周期性變化的介電常數的介電體。
該介電體具有至少一介電單元。該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層。所述介電層在折射率上是相互不同的，以至于該介電體具有一實質地全反射具有一預定波長范圍的光源的反射性。
其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差，該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率。該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物。該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物。
借助于該介電單元可定義出一晶格常數(簡稱a)。當該第一介電層的折射率(簡稱n1)及第二介電層的折射率(以下簡稱n2)之間的差異大于一預定值，并配合調整該第一介電層的厚度(以下簡稱d1)達到一預定厚度時，該一維光子晶體的介電體可具有一全方向光帶隙(omnidirectional photonic bandgap)。在本發明的一維光子晶體的應用領域中(以下配合參閱圖6)，該全方向光帶隙的尺寸(bandgap size)需達3％以上。由圖6可得，d1的預定厚度是以圖6中的等高線的最低點為指標。當n2等于1.3時，由圖6中3％的虛線最低點處水平對應到垂直軸，可得折射率差需大于1.15才可使該一維光子晶體的介電體具有一3％的全光帶隙尺寸。當n2等于2.0時，由圖6中3％的實線最低點處水平對應到垂直軸，可得折射率差需大于0.58才可使該一維光子晶體的介電體具有一3％以上的全光帶隙尺寸。因此，應用于本發明的該第一及第二介電層的折射率差需大于0.58。
利用本發明的一維光子晶體可制造成一具有一維光子晶體的發光裝置。該發光裝置包含一發光二極管及一一維光子晶體的介電體。
該發光二極管具有一基材及一連接于該基材的發光晶體。該發光二極管借助于該基材與發光晶體共同界定出一形成在該基材上且遠離該發光晶體的第一表面，及一形成在該發光晶體上且遠離該基材并相反于該第一表面的第二表面。該發光晶體可發射出一預定波長范圍的光源。
該一維光子晶體的介電體連接于該第一表面及第二表面的其中之一上。該介電體具有周期性變化的電常數并具有至少一介電單元。該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層。所述介電層在折射率上是相互不同的，以致于該一維光子晶體的介電體具有一實質地全反射該光源的反射性。
較佳地，該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率。且在一具體實施例中，該第一介電層是相對該第二介電層靠近該光源。值得一提的是，本發明的該介電體的反射性是不受限于該第一及第二介電層相對該光源的排列順序。
適用于本發明的該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物(Sulfide)。較佳地，該第一介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物制成氧化鈦(TiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋅(ZnO)、三氧化二釹(Nd2O3)及五氧化二鈮(Nb2O5)。在一具體實施例中，該第一介電層是由二氧化鈦(以下簡稱TiO2)所制成。另外，三氧化二銦(In2O3)、氧化錫(SnO2)、三氧化二銻(Sb2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鈰(CeO2)及硫化鋅(ZnS)也適用于本發明的第一介電層的化合物。
適用于本發明的該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物(Fluoride)。較佳地，該第二介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物制成氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、三氧化二鑭(La2O3)、三氧化二鐿(Yb2O3)及三氧化二釔(Y2O3)。在一具體實施例中，該第二介電層是由二氧化硅(以下簡稱SiO2)所制成。另外，三氧化二鈧(Sc2O3)、氧化鎢(WO3)、氟化鋰(LiF)、氟化鈉(NaF)、氟化鎂(MgF2)、氟化鈣(CaF2)、氟化鍶(SrF2)、氟化鋇(BaF2)、氟化鋁(AlF3)、氟化鑭(LaF3)、氟化釹(NdF3)、氟化釔(YF3)及氟化鈰(CeF3)也適用于本發明的第二介電層的化合物。
適用于本發明的該預定波長范圍是介于300nm到550nm。在一較佳具體例中，該預定波長范圍是介于300nm到420nm(以下簡稱UV光)，且借助于該介電單元的一總厚度界定出一第一晶格間隙a1(latticespacing)，使該第一介電層的厚度是介于0.24a1到0.69a1。在另一較佳具體例中，該預定波長范圍是介于420nm到480nm(以下簡稱藍光)，且借助于該介電單元的總厚度界定出一第二晶格間隙a2，使該第一介電層的厚度是介于0.33a2到0.58a2。在又一較佳具體例中，該預定波長范圍是介于480nm到550nm，且借助于該介電單元的總厚度界定出一第三晶格間隙a3，使該第一介電層的厚度是介于0.40a3到0.51a3。值得一捉的是，該預定波長范圍與前面所提及的各晶格間隙呈函數關系，以致于變更該預定波長范圍的同時，該第一介電層的厚度也會隨之改變，且該第一及第二介電層在該預定波長范圍的環境下具有一大于0.58的折射率差。
在一具體實施例中，該一維光子晶體的介電體是連接于該第一表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第一表面反射至該第二表面。在另一具體實施例中，該一維光子晶體的介電體是連接于該第二表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第二表面反射至該第一表面。較佳地，本發明的發光裝置進一步包含至少一散熱元件，該散熱元件具有一散熱片(heat sink)及多個設置在該散熱片上的導線，且該散熱片是借助于所述導線連接于該發光晶體上。
適用于本發明的該發光晶體是由一摻雜至少一IIIB族元素的氮化鎵(以下簡稱GaN)半導體材料所制成。
較佳地，本發明的該發光晶體自該基材遠離該基材的方向依序具有一連接于該基板的第一型半導體層、一局部覆蓋該第一型半導體層的有源層、一覆蓋該有源層的第二型半導體層及一覆蓋該第二型半導體層并呈透明狀的第二電極層。在一較佳具體例中，該第一型半導體層是一N型摻雜半導體層(N-doped semiconductor layer；以下簡稱N-doped半導體層)，該第二型半導體層是一P型摻雜半導體層(P-dopedsemiconductor layer；以下簡稱P-doped半導體層)，該第二電極層是一P型電極層(以下簡稱P-type電極層)。
<具體實施例一>
參閱圖7圖及圖8，本發明的具有一維光子晶體的發光裝置的具體實施例一，包含一發光二極管6、一一維光子晶體的介電體7、及多個焊墊(bonding pad)81。
發光二極管6具有一材質為藍寶石(sapphire)的基材61及一連接于基材61的發光晶體62。發光二極管6借助于基材61與發光晶體62共同界定出一形成在基材61上且遠離發光晶體62的第一表面611，及一形成在發光晶體62上且遠離基材61并相反于第一表面611的第二表面621。
發光晶體62使用一摻雜有至少一IIIB族元素的GaN半導體材料制成。發光晶體62自基材61遠離基材61的方向是依序具有一連接于基板61的N-doped半導體層622、一局部覆蓋N-doped半導體層622的有源層624、一覆蓋有源層624的P-doped半導體層625及一覆蓋P-doped半導體層625的P-type電極層626。其中，這些焊墊81是分別設置在N-doped半導體層622及P-type電極層626上。借助于由多個導線(圖未示)分別與多個焊墊81電連接，以使得在具體實施例一中，發光晶體62可發射出一300nm到420nm波長范圍的UV光光源。其中，發光晶體62的制作過程為外延生長過程技術，此技術內容為發光二極管領域的相關人士所熟悉，在此不再多加詳述。
該一維光子晶體的介電體7連接于第一表面611上，借助于一維光子晶體的介電體7將該UV光光源由第一表面611反射至第二表面621。其中，介電體7是由電子束蒸鍍(e-beam evaporation)法制備而成，此方法非本發明的技術重點，因此，在此不再多加詳述。
該介電體7具有一周期性變化的介電常數，并具有十四個介電單元71。每一介電單元71具有一材質為TiO2的第一介電層711及一材質為SiO2的第二介電層712，且每一介電單元71的第一介電層711相對第二介電層712靠近該UV光光源。在具體實施例一中，借助于每一介電單元71的一總厚度界定出一尺寸為110nm的第一晶格間隙(以下簡稱a1)，且每一第一介電層711的厚度為0.42a1。當每一第一及第二介電層711、712在該UV光光源的波長為385nm環境時，第一及第二介電層711、712的折射率分別為2.6及1.48，其折射率差為1.12，以致于該一維光子晶體的介電體7具有一實質地全反射該UV光光源的反射性(這就是說，具體實施例一中的介電體7具有一全方向光帶隙)。
以下配合參閱圖9，當每一第一介電層711的厚度介于0.2a1到0.78a1時，該一維光子晶體的介電體7具有一光帶隙。當每一第一介電層711的厚度為0.42a1時，該一維光子晶體的介電體7具有一最大光帶隙尺寸(約趨近于10％)，且對照至圖9的上方圖示，由水平座標為0.42a1處對應到垂直座標處，可得到一頻率介于0.300(c/a1)到0.273(c/a1)的光帶隙，其中，c為光速。由前所述，配合參閱圖10，也可由圖10中的一波導區(guided region)得到一頻率介于0.300(c/a1)到0.273(c/a1)的光帶隙，這就是說，具體實施例一中的光帶隙的波長范圍是介于367nm到403nm。圖9及圖10中的波數(Wave Number；ky)及波偏極化TE及TM的定義，可參見于美國專利第6,130,780號的說明書中。
由分析數據可得，具體實施例一中的一維光子晶體的介電體7，在波長介于369nm到401nm之間的反射率是大于99.5％(配合參閱圖11)。另外，可配合參閱圖12及圖13，是分別由基材(藍寶石在385nm的環境下折射率為1.7)61及發光晶體(GaN在385nm的環境下折射率為2.58)62所測得的反射率及穿透率分析數據，也得到在波長介于369nm到401nm之間都具有大于99.5％的反射率。由此，具體實施例一中的發光裝置，可借助于該一維光子晶體的介電體7將該UV光光源由第一表面611反射至第二表面621。
<具體實施例二>
參閱圖14，本發明具有一維光子晶體的發光裝置的一具體實施例二，大致上是與具體實施例一相同。其不同處在于發光晶體62是可發射出一波長介于420nm到480nm的藍光光源，因此，該一維光子晶體的介電體7的細部結構需隨著該藍光光源做一修正。
在具體實施例二中，借助于每一介電單元71’的總厚度界定出一尺寸為134nm的第二晶格間隙(以下簡稱a2)，且每一第一介電層711’的厚度為0.44a2。當每一第一及第二介電層711’、712’在該藍光光源的波長為450nm環境時，第一及第二介電層711’、712’的折射率分別為2.42及1.47，其折射率差為0.95，以致于該一維光子晶體的介電體7具有一實質地全反射該藍光光源的反射性(這就是說，具體實施例二中的介電體7具有一全方向光帶隙)。
以下配合參閱圖15，當每一第一介電層711’的厚度介于0.2a2到0.7a2時，該一維光子晶體的介電體7具有一光帶隙。當每一第一介電層711’的厚度為0.44a2時，該一維光子晶體的介電體7具有一最大光帶隙尺寸(約趨近于5％)，且對照至圖15的上方圖示，由水平座標為0.44a2處對應到垂直座標處，可得到一頻率介于0.305(c/a2)到0.291c/a2)光帶隙。由前所述，配合參閱圖16，也可由圖16中的一波導區得到一頻率介于0.305(c/a2)到0.291(c/a2)的光帶隙，這就是說，具體實施例二中的光帶隙的波長范圍是介于439nm到461nm。
由分析數據可得，具體實施例二中的一維光子晶體的介電體7，在波長介于440nm到464nm之間的反射率是大于99.5％(配合參閱圖17)。另外，可配合參閱圖18及圖19，分別由基材(藍寶石)61及發光晶體(GaN在450nm的環境下折射率為2.48)62所測得的反射率分析數據，也得到在波長介于440nm到464nm之間都具有大于99.5％的反射率。
<具體實施例三>
參閱圖20圖，本發明具有一維光子晶體的發光裝置的一具體實施例三，大致上是與具體實施例一相同。其不同處在于，發光晶體62是可發射出一波長介于480nm到550nm的綠光光源，因此，該一維光子晶體的介電體7的細部結構需隨著該綠光光源做一修正。
在具體實施例三中，借助于每一介電單元71”的總厚度界定出一尺寸為151nm的第三晶格間隙(以下簡稱a3)，且每一第一介電層711”的厚度為0.45a3。當每一第一及第二介電層711”、712”在該綠光光源的波長為500nm環境時，第一及第二介電層711”、712”的折射率分別為2.36及1.46，其折射率差為0.90，以致于該一維光子晶體的介電體7具有一實質地全反射該綠光光源的反射性(這就是說，具體實施例三中的介電體7具有一全方向光帶隙)。
以下配合參閱圖21，當每一第一介電層711”的厚度介于0.3a3到0.64a3時，該一維光子晶體的介電體7具有一光帶隙。當每一第一介電層711”的厚度為0.45a3時，一維光子晶體的介電體7具有一最大光帶隙尺寸(約趨近于3.5％)，且對照至圖21的上方圖示，由水平座標為0.45a3處對應到垂直座標處，可得到一頻率介于0.308(c/a3)到0.297(c/a3)光帶隙。由前所述，配合參閱圖22，也可由圖22中的一波導區得到一頻率介于0.308(c/a3)到0.297(c/a2)的光帶隙，這就說，具體實施例三中的光帶隙的波長范圍是介于491nm到507nm。
由分析數據可得，具體實施例三中的一維光子晶體的介電體7，在波長介于492nm到512nm之間的反射率是大于99.5％(配合參閱圖23)。另外，可配合參閱圖24及圖25，分別由基材(藍寶石)61及發光晶體(GaN在500nm的環境下折射率為2.44)62所測得的折射率分析數據，也得到在波長介于492nm到512nm之間都具有大于99.5％的反射率。
<具體實施例四>
參閱圖26圖，本發明具有一維光子晶體的發光裝置的一具體實施例四，大致上是與具體實施例一相同。其不同處在于一維光子晶體的介電體7是連接在第二表面621上，且進一步包含一散熱元件9及兩個分別與焊墊81相互連接的焊塊(solder bump)82，其中，發光二極管6是利用倒裝片(flip chip)的封裝方式與散熱元件9相互連接。
散熱元件9具有一散熱片91及多個設置在該散熱片91上的導線92，且散熱片91是借助于導線92與焊塊82連接。
<具體實施例五>
本發明具有一維光子晶體的發光裝置的一具體實施例五，大致上是與具體實施例四相同。其不同處在于發光晶體62所發射出的預定波長范圍及一維光子晶體的介電體7的細部結構是相同于具體實施例二。
<具體實施例六>
本發明具有一維光子晶體的發光裝置的一具體實施例六，大致上是與具體實施例四相同。其不同處在于發光晶體62所發射出的預定波長范圍及一維光子晶體的介電體7的細部結構是相同于具體實施例三。
綜上所述，本發明的一維光子晶體及其發光裝置具有下列多個特點一、由于一維光子晶體的介電體7是形成在第一表面621上(具體實施例一、二、三)或第二表面622上(具體實施例四、五、六)，因此可避免如現有的發光二極管形成在外延生長晶體內部的反射層所造成的晶格不匹配的問題。
二、當發光二極管6所使用的一維光子晶體的介電體7具有較大的光帶隙尺寸時，則所配合使用的發光二極管的光源半高寬受限較小。如具體實施例一及四中，具有約10％的全光帶隙尺寸，即使發光二極管6光源的半高寬是趨近40nm，仍可借助于由一維光子晶體的介電體7將光源向相反于入射光源的方向反射回去，以修正光源在發光裝置中的發光效率。
三、借由一維光子晶體的介電體7，可全反射任何一入射角及偏極化的光源，以提高發光二極管6的光源外出效率。
四、在具體實施例四、五、六中，利用半導體制作過程中倒裝片的封裝方式來封裝發光二極管6，可提供散熱性佳的特點，并可避免發光二極管6因焊墊81的遮光效應，而影響發光二極管6的發光效率。
本發明的一維光子晶體及其發光裝置可避免晶格不匹配的問題，且發光二極管具有發光效率高及散熱性佳等特點，所以確實能達到本發明的目的。
權利要求
1.一種具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于其包含一發光二極管，具有一基材及一連接于該基材的發光晶體，借助于該基材與發光晶體共同界定出一形成在該基材上且遠離該發光晶體的第一表面，及一形成在該發光晶體上且遠離該基材并相反于該第一表面的第二表面，該發光晶體可發射出一預定波長范圍的光源；及一一維光子晶體的介電體，連接于該第一表面及第二表面的其中之一上，該介電體具有一周期性變化的介電常數并具有至少一介電單元，該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層，所述介電層在折射率上是相互不同的，以便該一維光子晶體的介電體具有一實質地全反射該光源的反射性；其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差。
2.如權利要求1所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率。
3.如權利要求2所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物；該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物。
4.如權利要求3所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物制成氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、氧化鋅、三氧化二釹及五氧化二鈮；該第二介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物制成氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、三氧化二鑭、三氧化二鐿及三氧化二釔。
5.如權利要求4所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層是由二氧化鈦所制成，該第二介電層是由二氧化硅所制成。
6.如權利要求3所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于300nm到420nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第一晶格間隙a1，使該第一介電層的厚度是介于0.24a1到0.69a1。
7.如權利要求3所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于420nm到480nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第二晶格間隙a2，使該第一介電層的厚度是介于0.33a2到0.58a2。
8.如權利要求3所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于480nm到550nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第三晶格間隙a3，使該第一介電層的厚度是介于0.40a3到0.51a3。
9.如權利要求1所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該一維光子晶體的介電體是連接于該第一表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第一表面反射至該第二表面。
10.如權利要求1所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該一維光子晶體的介電體是連接于該第二表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第二表面反射至該第一表面。
11.如權利要求10所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于進一步包含至少一散熱元件，該散熱元件具有一散熱片及多個設置在該散熱片上的導線，該散熱片借助于所述導線連接于該發光晶體上。
12.如權利要求1所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該發光晶體是由一摻雜至少一IIIB族元素的氮化鎵半導體材料所制成。
13.如權利要求12所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該發光晶體自該基材遠離該基材的方向依序具有一連接于該基板的第一型半導體層、一局部覆蓋該第一型半導體層的有源層及一覆蓋該有源層的第二型半導體層。
14.如權利要求13所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一型半導體層是一N型摻雜半導體層，該第二型半導體層是一P型摻雜半導體層。
15.一種具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于其包含一發光二極管，具有一基材及一連接于該基材的發光晶體，借助于該基材與發光晶體共同界定出一形成在該基材上且遠離該發光晶體的第一表面，及一形成在該發光晶體上且遠離該基材并相反于該第一表面的第二表面，該發光晶體可發射出一預定波長范圍的光源；及一一維光子晶體的介電體，連接于該第一表面及第二表面的其中之一上，該介電體具有一周期性變化的介電常數并具有至少一介電單元，該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層，所述介電層在折射率上是相互不同的，以致于該一維光子晶體的介電體具有一實質地全反射該光源的反射性；其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差，該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率，該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物；該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物。
16.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物所制成氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、氧化鋅、三氧化二釹及五氧化二鈮；該第二介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組選出的一氧化物制成氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、三氧化二鑭、三氧化二鐿及三氧化二釔。
17.如權利要求16所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一介電層是由二氧化鈦所制成，該第二介電層是由二氧化硅所制成。
18.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于300nm到420nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第一晶格間隙a1，使該第一介電層的厚度是介于0.24a1到0.69a1。
19.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于420nm到480nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第二晶格間隙a2，使該第一介電層的厚度是介于0.33a2到0.58a2。
20.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該預定波長范圍是介于480nm到550nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第三晶格間隙a3，使該第一介電層的厚度是介于0.40a3到0.51a3。
21.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該一維光子晶體的介電體是連接于該第一表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第一表面反射至該第二表面。
22.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該一維光子晶體的介電體是連接于該第二表面上，借助于該一維光子晶體的介電體使該光源由該第二表面反射至該第一表面。
23.如權利要求22所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于進一步包含至少一散熱元件，該散熱元件具有一散熱片及多個設置在該散熱片上的導線，該散熱片是借助于所述導線連接于該發光晶體上。
24.如權利要求15所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該發光晶體是由一摻雜至少一IIIB族元素的氮化鎵半導體材料所制成。
25.如權利要求24所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該發光晶體自該基材遠離該基材的方向依序具有一連接于該基板的第一型半導體層、一局部覆蓋該第一型半導體層的有源層及一覆蓋該有源層的第二型半導體層。
26.如權利要求25所述的具有一維光子晶體的發光裝置，其特征在于該第一型半導體層是一N型摻雜半導體層，該第二型半導體層是一P型摻雜半導體層。
27.一種一維光子晶體，其特征在于其包含一具有一周期性變化的介電常數的介電體，并具有至少一介電單元，該介電單元至少具有一第一介電層及一第二介電層，所述介電層在折射率上是相互不同的，以便該介電體具有一實質地全反射一具有一預定波長范圍的光源的反射性；其中，該第一介電層及該第二介電層在該預定波長范圍的光源的環境下具有一大于0.58的折射率差，該第一介電層的折射率是大于該第二介電層的折射率，該第一介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及硫化物；該第二介電層是由從下列物質構成的組中選出的一化合物制成氧化物及氟化物。
28.如權利要求27所述的一維光子晶體，其特征在于該第一介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物制成氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、氧化鋅、三氧化二釹及五氧化二鈮；該第二介電層的化合物是氧化物，該氧化物是由從下列物質構成的組中選出的一氧化物所制成氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、三氧化二鑭、三氧化二鐿及三氧化二釔。
29.如權利要求28所述的一維光子晶體，其特征在于該第一介電層是由二氧化鈦所制成，該第二介電層是由二氧化硅所制成。
30.如權利要求27所述的一維光子晶體，其特征在于該預定波長范圍是介于300nm到420nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第一晶格間隙a1，使該第一介電層的厚度是介于0.24a1到0.69a1。
31.如權利要求27所述的一維光子晶體，其特征在于該預定波長范圍是介于420nm到480nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第二晶格間隙a2，使該第一介電層的厚度是介于0.33a2到0.58a2。
32.如權利要求27所述的一維光子晶體，其特征在于該預定波長范圍是介于480nm到550nm，借助于該介電單元的一總厚度界定出一第三晶格間隙a3，使該第一介電層的厚度是介于0.40a3到0.51a3。
全文摘要
一種具有一維光子晶體的發光裝置，包含發光二極管，具有一基材和一連接于基材并發射出一預定波長范圍的光源的發光晶體；以及一一維光子晶體的介電體。發光二極管具有一位于基材下表面的第一表面，及一位于發光晶體上表面的第二表面。介電體連接于第一及第二表面其中之一上并具有至少一介電單元。介電單元至少具有一在預定波長范圍的環境下具有一大于0.58的折射率差的第一介電層及一第二介電層，以便介電體具有一實質地全反射該光源的反射性。
文檔編號G02F1/01GK1641413SQ20041000198
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月16日 優先權日2004年1月16日
發明者林仲相 申請人:漢欣企業有限公司