[发明专利]发光元件

说明书

技术领域

本发明关于一种发光元件，特别关于一种通过环形光子晶体结构而提升取光效率并控制发光场形的准直特性的发光元件。

背景技术

固态半导体发光元件(例如发光二极管)的取光效率受限于半导体材料与外部材料(一般为空气或是环氧树酯(epoxy))界面间的全反射，使得发光元件溢出元件的光量约只占内部发光量的数个百分比。

图1及图2例示一现有的发光二极管100，揭示于美国专利US 7,098,589。该发光二极管100包含一基板120以及一设置于该基板120上的多层堆栈122。该多层堆栈122包含一氮化镓层134，其具有复数个圆形孔洞150。特而言之，US 7,098,589是利用该圆形孔洞150破坏界面的全反射以增进出光效率。一般而言，愈大的孔洞具有愈佳的取光效率，然而大孔洞会影响发光元件的电流分布及发光层的发光效率，导致总体出光效率降低。

发明内容

本发明提供一种发光元件，其通过一环形光子晶体结构，其破坏界面的全反射以增进取光效率，并同时控制发光场形的准直特性。

为达成上述目的，本发明提出一种发光元件，其包含一基板、至少一设置于该基板上且可产生一光线的发光结构，所述发光结构由一N型半导体层、一发光层及一P型半导体层依次叠置而成，且所述发光结构具有一出光侧、以及一设置于该发光结构中的环形光子晶体结构，且所述环形光子晶体结构设置于所述发光结构的出光侧，其中该环形光子晶体结构包含复数个环形孔洞和复数个柱体，所述环形孔洞环绕所述柱体。

为达成上述目的，本发明提出一种发光元件，所述发光元件包含：一基板；至少一发光结构，设置于所述基板上，所述发光结构由一N型半导体层、一发光层及一P型半导体层依次叠置而成，且所述发光结构具有一出光侧；以及一光线准直结构，设置于所述发光结构之中，且所述光线准直结构设置于所述发光结构的出光侧，包含复数个柱体以及环绕所述柱体的环形孔洞。

相较于现有没有光子晶体的发光元件的出光量，本发明的发光元件由于具有该环形光子晶体结构，因而具有较佳的出光量。此外，相较现有具有圆形孔洞的发光二极管，本发明的发光元件由于具有该环形光子晶体结构，因而具有较佳的准直特性。

附图说明

图1及图2例示一现有的发光二极管；

图3及图4例示本发明的发光元件；

图5例示本发明发光元件的取光效率变化图；

图6例示本发明发光元件的远场场形与现有发光二极管的远场场形；以及

图7至图10例示本发明光子晶体的晶格排列方式。

主要元件符号说明：

10    发光元件

12    基板

14    N型半导体层

16    发光层

18    P型半导体层

20    发光结构

22    N型接触电极

24    P型接触电极

26    出光侧

30    环形光子晶体结构

32    柱体

34    环形孔洞

34A   内环

34B   外环

36    光线

100   发光二极管

120   基板

122   多层堆栈

134   氮化镓层

150   圆形孔洞

具体实施方式

图3及图4例示本发明的发光元件10。该发光元件10包含一基板12、至少一设置于该基板12上且可产生一光线36的发光结构20、一N型接触电极22、一P型接触电极24以及一设置于该发光结构20中的环形光子晶体结构30。该环形光子晶体结构30包含复数个设置于该发光结构20中的柱体32以及复数个环绕该复数个柱体32的环形孔洞34。该发光结构20可为一发光二极管或一激光二极管，其包含至少一N型半导体层14、一发光层16以及P型半导体层18。

该发光结构20具有一出光侧26，该环形光子晶体结构30设置于该发光结构20的出光侧26。该复数个环形孔洞34的深度可小于或等于该P型半导体层18的厚度。

该复数个环形孔洞34的间距D介于0.2λ至10λ之间，其中λ为该光线36的波长。该环形孔洞34的内环34A及外环34B可为圆形，该环形孔洞34的外环半径(R)与该环形孔洞34的间距D的比值较佳地是介于0.1至0.5之间。此外，该环形孔洞34的内环34A及外环34B也可选择性地设计为椭圆形、三角形、矩形或多边形。