TW200402154A - Light emitting device - Google Patents

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200402154 玖、發明說明： 發明所屬之枝術領域 本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種 增強發光能力之半導體發光元件。 先前技術 日本專利第6-291368號揭露一種有效發光之半導體 發光元件，此元件包括由藍寶石（sapphire)製作之水晶基底 (crystalline substrate)，其上並有電性相反之兩半導體層’ 電壓施加於橫跨兩半導體層間之界面的兩個電極’以自界 面周圍發光。兩半導體層中外露之一層具有一群微小凹洞 之不規則表面，不規則表面之構成是希望可以降低外露之 半導體層的多重反射，以經由不規則表面大範圍發光。然 而，由於外露之半導體層受到電極覆蓋的結構限制，發光 面也相對地減少了，以致發光面受到限制。此外，雖然主 要用以在其上形成半導體層之水晶基底，具有較受到電極 覆蓋之外露半導體層爲寬的發光面，但並未用來作爲具有 不規則表面之發光面。 發明內容 有鑑於此，本發明提供一種改良之發光元件，其能夠 提供具有增強發光能力之大發光面。本發明之發光元件包 括一半導體發光單元，此半導體發光單元係由第一導電型 之第一半導體層及與第一導電型相反之第二導電型之第二 半導體層所組成，第二半導體層完整地疊置於第一半導體 層，以定義其間之一界面；電極分別附加於第一與第二導 1 1498pif.doc/008 6 200402154 電層，用以施加橫跨界面之電壓以自界面周圍發出光；光 導疊覆於第一半導體層以經由光導導引光，第一半導體層 形成於光導上，以與光導及第二半導體層形成一體結構， 光導具有一發光面以經由發光面發出光。包括第一媒質與 第二媒質陣列之折射層形成於發光面，第一媒質與第二媒 質之折射率彼此不同，且交錯配置於發光面。因此，可以 極盡使用不受電極限制之光導以獲得大發光面，且形成折 射層以減少光導中之多重反射，有效地經由光導傳送或發 射光。 光導係由透明水晶基底所製作，第一半導體層長晶於 透明水晶基底上，第二半導體層長晶於第一半導體層上。 透明水晶基底係由包括藍寶石、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵 與磷化鎵之材質所製作，而第一半導體層與第二半導體層 係由包括氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵與氮化鋁之材質所製作。 較佳地，第一媒質與第二媒質間隔1/4至4倍光的波長 之規則間距，以便減少發光面的折射率變化，而有效地自 光導中發出光。 折射層具有在折射層外之光導部分與折射層外之環 境媒質間的全折射率，也是爲了減少通過發光面之光的折 射率變化。 第一媒質可以由水晶基底所定義，而第二媒質可以爲 使用雷射光束照射於基底而調整水晶基底所獲得之調整媒 質。藉由雷射光束之使用，使得相當容易地將部分水晶基 底處理爲調整媒質，以倂同未處理之部分來實現折射層。 1 1498pif.doc/008 7 200402154 選擇脈衝寬度小於萬億分之一秒之雷射光束，以便不致造 成鄰近第二媒質，也就是雷射調整部分之第一媒質的實質 熱損害，藉以提供第一媒質與第二媒質交錯配置之精密結 構的折射層。 另，折射層可以包括凹坑陣列，以定義第一媒質爲相 鄰凹坑間的透明水晶基底之媒質，並定義第二媒質爲陷於 凹坑中之環境媒質。較佳地，凹坑是由下列步驟所形成： 首先在發光面照射雷射光束，以調整選定部分爲調整媒 質，以及移除調整媒質以獲得所在之凹坑。在此例中，極 盡地使用雷射光束，以成功地將水晶基底之選定部分處理 爲調整媒質，其足夠精密、易於自基底移除而留下所需之 凹坑。雷射光束之脈衝寬度小於萬億分之一秒，以避免熱 損害鄰接調整部之部分。 爲了有效處理基底，調整媒質之部分是由來自不同方 向同時照射之複數個雷射光束間之干涉所形成。 當折射層之形成具有凹坑陣列，則設計自發光面之部 分至另一部份變化之不同寬度的凹坑以形成佛瑞奈鏡，用 以將光有效地朝向特定方向導引。 水晶基底可以包括光子水晶結構，用以自界面朝向發 光面反射光以有效地收集光。光子水晶結構可以包括在水 晶基底之縱涂方向延伸’且以規則圖樣女排之柱狀兀件陣 列，其中柱狀元件彼此間隔對應或小於來自半導體發光單 元之光波長的距離。如此之安排使得自半導體發光單元之 界面，也就是第一與第二半導體層間之界面所發射之光， 1 1498pif.doc/008 8 200402154 可以有效地朝向發光面反射而以最小之損失來發光。 半導體發光單元可以包括具有光子水晶結構之內部 反射區，用以自界面朝向光導導引光，以便以最小之損失 來有效地發光。光子水晶結構可以是由延伸過水晶基底與 半導體單元所形成，以便以最大效能朝向發光面反射光。 爲了減少光導內部之多重反射，而可有效地自其發射 光，可以將光導設計爲由複數個平面組成之發光面，每一 平面自界面的幾何中心延伸的光軸起算與其形成小於一臨 界角之角度。 又，發光面可以是半球形，以將水晶基底塑造爲平面 凸鏡，該平面凸鏡之光學中心與界面之中心一致，同樣地， 目的是爲了有效地發光。 除了由單一水晶基底來形成光導外，光導也可以是由 水晶基底與疊覆於基底之透明外套所組成，外套是由不同 於基底之材質所製作，且具有折射層形成之發光面。使用 此種結構，使得外套可以由容易處理而獲得折射層之材質 來選擇，以便可以節省製造成本，例如，外套係由包括石 英玻璃、環氧基樹脂、矽合成樹脂及氮化鎵之材質所製作。 可以將外套設計爲具有折射層外的部分之折射率大 於或小於水晶基底之折射率。 此外，第二半導體層可以覆蓋具有附加發光面之附加 光導，以經由其發光。附加發光面是由包括具有不同折射 率之第一媒質與第二媒質的陣列，且交錯配置於附加發光 面之附加折射層所形成。 1 1 498pi f.doc/008 9 200402154 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 實施方式： 第一實施例 <第1圖至第了圖〉 請參考第1圖，其爲根據本發明第一實施例之一種發 光元件，此發光元件是用來作爲安裝在印刷板上之個別元 件，例如是依據接收之控制電壓以提供可見光或紫外線。 此元件包括由藍寶石（α-Α1203)製作之透明水晶基底10，其 上形成一半導體發光單元20以作爲發光源，半導體發光單 元20由Ν型氮化鎵（GaN)之第一半導體層21與Ρ型氮化鎵 (GaN)之第二半導體層所組成，第一半導體層21以長晶的方 式形成於水晶基底10之C面，而第二半導體層22以長晶的 方式形成於第一半導體層21之上，以提供兩層間之界面， 其爲橫跨界面施加控制電壓時發光之界面。如第2圖所示， 裝置於印刷板1之第一電極3 1與第二電極32分別附加於第 一半導體層21與第二半導體層22，以連接提供控制電壓之 電源，界面產生之光經由第一半導體層21與第二半導體層 22，也經由水晶基底1〇導入如空氣之環境媒質（medium) 中，因此水晶基底10定義一光導（light guide)以將光導出。 需注意的是上述形成水晶基底10以及第一半導體層 21與第二半導體層22之材質只是爲了舉例說明，水晶基底 10可以是由包括碳化砂（SiC)、氮化鎵（GaN)、砷化鎵（GaAs) 與磷化鎵（GaP)等另一種材質所形成，而半導體層可以是由 1 1498pif.doc/008 10 200402154 包括氮化鎵、砷化鎵、隣化鎵與氮化銘(A1N)等另一種材皙 所形成。 水晶基底10具有例如是一平方毫米之上發光面，其處 理爲用來減低到達上發光面的光線之多重反射的折射層 40，以使光有效對外發射。如第3圖所示，折射層40是由交 錯安排於一規則圖樣或間隔配置於發光面之第一媒質41與 第二媒質42陣列所形成，以提供水晶基底10與環境媒質， 也就是空氣間之全折射率，第一媒質41是由形成基底的材 質所定義，而第二媒質42則爲自基底材質照射雷射光束調 整而得之一調整媒質，結果調整媒質之折射率較第一媒質 爲小，因而獲得水晶基底10與空氣間之全折射率。 雷射光束是由稱爲飛孟托雷射（femto laser)所產生， 其具有800nm之波長及150fs(千萬億分之一秒）之脈衝寬 度，且以低於1μ】/脈衝之工作能量照射於基底1〇的上表 面，以提供分離之第二媒質42，每一個是具有直徑大約 100nm及深度或高度大約100nm之圓柱狀。第一媒質41與第 二媒質42交互間隔1/4至4倍於光的波長之距離（d)，藉由使 用150fs脈衝寬度之雷射，使得第一媒質41或鄰近第二媒質 42之其他部分不會受到熱損害之影響，而能免於雷射光束 之損害。就此而言，發明人可以確認當使用lps(萬億分之 一秒）之脈衝寬度的雷射光束時，基底也不會遭受實質的熱 損害。在照射雷射產生之熱傳送至鄰近區域前，可以將基 底調整爲第二媒質42，使用如此短脈衝寬度之雷射’使得 水晶基底10可以處理爲具有連續分佈第二媒質42之折射層 1 1498pif.doc/〇〇8 200402154 4〇。雖然實施例具有第二媒質是規則地分佈之發光面，但 本發明不應受限於此種特定圖樣，而應包括第二媒質是任 意分佈於發光面的某些部分之結構。 雖然上述實施例所揭露之第二媒質42是如第2圖至第 4圖所示爲圓柱陣列，但也可以是如第5圖所示之長方體陣 列，或如第6圖所示沿著基底的一邊方向延伸之長方形溝槽 所形成。 第7圖係顯示使用分別經由凸透鏡9之不同方向的兩 雷射光束LB的干涉，以將基底1〇表面調整爲第二媒質陣列 之較佳方法。雷射光束是由單一雷射光分離而得，且以總 工作能量密度少於l〇〇MJ/m2而同時照射於基底表面，因爲 基底可以使用照射雷射光以在發光面中處理爲期望之折射 層，故即使水晶基底10已裝置於印刷板1上，仍可以應用雷 射光來處理。 第二實施例 <第8圖至第10圖> 第8A和8B圖係顯示根據本發明第二實施例之發光元 件，其除了以凹坑（concavity)43陣列來實現折射層40外， 均與第一實施例相同。換句話說，第二媒質是由環境媒質， 也就是陷入凹坑中之空氣所定義’而第一媒質則由未調整 之基底所定義。首先，基底1〇的上表面以雷射光束照射處 理，以獲得如第6A圖所示之圓柱狀調整媒質42陣列，之 後，使用合適的蝕刻溶劑來移除調整媒質42，因而留下凹 坑43，例如使用5%氫氟酸的水溶劑作爲蝕刻溶劑，形成之 1 1 498pif.doc/008 200402154 凹坑43規則地間隔1/4至4倍光的波長，以獲得在折射層外 之基底與環境媒質，也就是空氣間之全折射率的折射層 40。結果，到達折射層40之光的多重反射大大地減少，以 自發光面用最大效能往外發光。 凹坑43可以是如第8B圖之長方形斷面，或如第9圖之 V形斷面，而最佳狀況的凹坑43是上下翻轉的圓錐體形 式。當這樣的凹坑規則地間隔1/4至1個光的波長，且光的 波長是200nm至500nm時，全折射率或有效折射率<11£>與 橫電波(Transverse Electric，簡稱TE)間之關係可以下式表 <nE>=

其中如第9圖所示地X爲第一媒質41之寬度，y爲凹坑43之寬 度，nl爲第一媒質（基底）之折射率，而n2爲空氣之折射 率。 另全折射率<11]\/1>與橫磁波（Transverse Magnetic，簡稱TM) 間之關係可以下式表不：

此外，折射層40也可以如第10圖所示地留下相鄰調整 媒質43間之凹坑43的調整媒質42陣列分佈來實現，於此實 例中，首先可以雷射熔損來移除發光面之選擇部分而形成 凹坑43，然後再以雷射調整來將凹坑間保留之部分調整爲 調整媒質，使用之雷射是具有800nm波長及150fs(千萬億分 1 1498pif.doc/008 200402154 之一秒）脈衝寬度之飛孟托雷射（femt0 laser)，且以大約1μ】/ 脈衝之工作能量照射於基底的上表面’以藉由熔損來移 除選擇部分’以形成內直徑大約100nm之圓柱狀凹坑43， 之後，以2至15J/mm2之工作能量來照射保留部分而形成調 整媒質。 第三實施例<第11圖和第12圖〉 第11和12圖係顯示根據本發明第三實施例之發光元 件，其除了形成於水晶基底10以及半導體層21和22中之光 子水晶結構(Photonic CITstal structure)50，以自界面向提供 折射層40之基底的上發光面反射光之外’均與第一*實施例 相同。光子水晶結構50包括在基底10與半導體層21和22之 周圍垂直延伸的複數個柱狀水晶單元51，柱狀水晶單元51 由雷射調整基底所形成，且以大約半個光的波長之間隔規 則地配置，以呈現與鄰近未調整基底共同之不同的水晶結 構而反射光。因此，在半導體層21和22間的界面產生之光 集中經由基底10中心上的折射層40發射，類似元件的標號 與第一實施例相同。 第四實施例 <第13至17圖> 第13至16圖係顯示根據本發明第四實施例之一種發 光元件’其除了水晶基底10的內部形成光子水晶結構50， 以反射光朝向提供折射層4〇之基底1〇的上中心面之發光面 外’均與第一實施例相同。光子水晶結構50包括沿著三度 1 1 498pif.doc/〇〇3 200402154 空間，以如第14至16圖所示在不同水平斷面具有不同區域 圖樣之複數個球狀水晶單元52，用以朝向基底1〇的上中心 減少面積之折射層40反射光。球狀水晶單元52是以雷射調 整基底所形成，且相距大約半個光的波長之間隔，類似元 件使用相同之標號。 如第17圖所示，也可以在半導體層21和22中形成類似 之光子水晶結構，以反射光朝向基底10之上表面，而防止 光經由第一半導體層21之側面穿出，以及經由第二半導體 層22之下面穿出。再者，如第18圖所示，由球狀水晶單元 組成之光子水晶結構50也可以形成於基底10之外圍，以便 僅經由基底之上表面的折射層40發射光。 第19和20圖係顯示配置爲佛瑞奈鏡(Fresnel lens)之折 射層40,其可以應用於此處揭露之任一實施例，也就是說， 折射層40包括安排爲特定圖樣之凹坑43陣列以形成佛瑞奈 鏡。詳細而言，折射層40有複數組凹坑43或同心溝紋圍繞 於折射層40之光軸Μ，每一組中，單獨凹坑之寬度是朝著 光軸Μ逐漸減小，但凹坑與鄰近第一媒質41之總寬度則不 變，凹坑43組是以大於半導體層界面所產生之光的一個波 長重複地循環，以經由折射層40朝向光軸Μ發出光。 如第21圖所示，第二半導體層22也可以附帶地處理， 以獲得相同結構並作爲水晶基底1 〇的折射層之折射層24， 折射層24形成於電極32周圍之第二半導體層22較低的外露 表面中，用以經由第二半導體層22有效地發出光。 當第二半導體層22不需要發出光時，如第22圖所示 1 1 498pi f. doc/008 15 200402154 地，電極32覆蓋整個半導體層22之下表面以向上反射。 第五實施例 <第23至25圖> 第2 3圖係顯示根據本發明第五實施例之一種發光元 件，其除了將水晶基底10塑造爲具有複數個提供折射層40 之發射表面外，均與第一實施例相同，類似元件以相同之 標號來標示。每一發射表面爲自界面中心起算形成小於光 的臨界角度（0c)之一平面，因此，基底可以經由所有外 露表面發射光而最小化基底1〇中之多重反射，藉以最大效 能發射光。 基底10可以如第24圖所示地使用雷射光束LB之切除 處理，以獲得所需之表面，隨後如第25圖所示地，以雷射 光束LB照射以獲得每一表面之折射層。需注意的是折射層 40可以是參考第3至10圖所揭露之任一種結構來完成。 另，基底10也可以如第26圖所示地塑造爲具有提供折 射層40之半球形發射面的平面凸鏡（plan-convex lens)，半 球形發射面的所有點具有自第一半導體層21和第二半導體 層22間之界面的中心起算小於光的臨界角度之夾角，半球 形發射面是由雷射切除所形成，且隨後以雷射光束處理以 提供折射層40。 第六實施例 <第27和28圖> 第27圖係顯示根據本發明第六實施例之一種發光元 件，其除了在水晶基底1〇上覆蓋一由不同於基底，但對半 1 1 498pif.doc/008 200402154 導體層發出之光也是透明的材質所製作之外套60外，均與 第一實施例相同，外套60因而倂同基底定義光導且具有發 射光之發射面。外套60是由包括石英玻璃、環氧基樹脂、 矽合成樹脂與氮化鎵等材質所製作，其容易處理而如前述 地無須再分類爲雷射切割或調整技術便可獲得折射層40。 例如，如第28圖所示地，可以仰賴晶粒（die)印刷技術，以 自一晶粒70將凹坑陣列轉換至外套60的上表面，外套60的 上表面也可以照射雷射光束加熱，以便利於外套60上表面 中折射層40之轉換或成形。 較佳地，外套60係選自折射率大於基底1〇之材質，另 一方面當外套60是由折射率低於水晶基底1〇之材質所製作 時，則最好如第29圖所示地在外套60與基底10間之界面提 供一附加折射層44，附加折射層44是由第一媒質與第二媒 質之陣列以1/4至4倍光波長的規則間距彼此交錯而形成， 例如，第一媒質爲外套6〇之材質，而第二媒質爲基底10之 材質，此可在外套6〇之底端形成凹坑陣列’並將形成之鋸 齒形底端壓入基底10之上表面而製作。另’附加折射層44 也可以具有如第2圖與第3圖所揭露之結構，並形成於基底 或外套上，也可以在基底10與第一半導體層21間之界面提 供一再加折射層48，以如說明有效地將光導向外套60之上 發光面。 第30圖係顯示在第二半導體層22之下表面疊覆附加 光導80，以便經由附加折射層84的半導體層22有效地導引 光之調整。光導8〇相當於第29圖之外套60，係選自不同於 1 1498pif.doc/008 200402154 半導體層之材質，且包括石英玻璃、環氧基樹脂及矽合成 樹脂等。光導80形成於第二半導體層22除了第二電極32外 之整個下表面，且處理爲具有前述結構之折射層84。 須知，參考特定實施例與修正而揭露之個別特徵可以 在不違反本發明之精神下適當地合倂，因此，本發明包含 個別特徵之任何適當組合。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 圖式簡單說明： 第1圖係顯示根據本發明第一實施例之一種發光元 件； 第2圖係顯示元件之斷面圖； 第3圖係顯示元件之部分斷面放大圖； 第4至6圖係顯示元件中發光面之例舉圖樣的上視 圖； 第7圖係顯示使用雷射光束以形成發光面之方法的例 圖不； 第8A和8B圖係顯示根據本發明第二實施例形成發光 面之步驟的部分斷面圖； 第9和10圖係顯示第二實施例之調整的部分斷面圖； 第11圖係顯示根據本發明第三實施例之元件斷面 圖； 1 1498pif.doc/008 200402154 第12圖係顯示上述元件之上視圖； 第13圖係顯示根據本發明第四實施例之元件斷面 圖； 第14至16圖係分別顯示元件在不同高度的水平斷面 圖； 第17和18圖係分別顯示上述實施例之調整的發光元 件斷面圖； 第19圖係顯示上述實施例之再調整的發光元件上視 圖； 第20圖係顯示第19圖之元件的發光面之放大斷面 圖； 第21和22圖係分別顯示上述實施例之再調整的發光 元件斷面圖； 第23圖係顯示根據本發明第五實施例之發光元件斷 面圖， 第24和25圖係分別顯示形成折射層之方法圖示； 第26圖係顯示上述實施例之調整的發光元件斷面 圖； 第27圖係顯示根據本發明第六實施例之發光元件斷 面圖； 第28圖係顯示形成第27圖之折射層的方法斷面圖；以 及 第29和30圖係顯示上述實施例之調整的斷面圖。 圖式標示說明= 1 1 498pif.doc/008 19 200402154 1印刷板 9凸透鏡 1 〇水晶基底 20半導體發光單元 21第一半導體層 22第二半導體層 3 1第一'電極 32第二電極 40折射層 41第一媒質 42第二媒質 43凹坑 44、84附加折射層 48再加折射層 5 0光子水晶結構 51柱狀水晶單元 52球狀水晶單元 60外套 7 0晶粒 80光導 1 1 498pif.doc/008

Claims (1)

1. 200402154 拾、申請專利範圍： 1. 一種發光元件，包括： 產生光之一半導體發光單元，該發光單元係由一第一 導電型之一第一半導體層及與該第一導電型相反之一第二 導電型之一第二半導體層所組成，該第二半導體層完整地 疊置於該第一半導體層，以定義其間之一界面； 一對電極，分別附加於該第一半導體層與該第二半導 體層，用以施加橫跨該界面之一電壓以自該界面周圍發出 光； 一光導，疊覆於該第一半導體層以經由該光導導引 光，該第一半導體層係直接形成於該光導上，以與該光導 及該第二半導體層形成一體結構； 該光導具有一發光面以經由該發光面發出光， 其中 包括一第一媒質與一第二媒質陣列之一折射層形成 於該發光面，該第一媒質與該第二媒質之折射率彼此不 同，且交錯安排於該發光面。 2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該光導 係由一透明水晶基底所製作，該第一半導體層長晶於該透 明水晶基底上，該第二半導體層長晶於該第一半導體層 上。 3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該透明 水晶基底係由選自藍寶石、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵與磷 化鎵等組成之群組的材質所製作，而該第一半導體層與該 1 1498pif.doc/008 21 200402154 第二半導體層係由選自氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵與氮化鋁 等組成之群組的材質所製作。 4. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中每一該 第一媒質與該第二媒質間隔1/4至4倍光的波長之規則間 距。 5. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該折射 層具有在該折射層外之該光導部分與該折射層外之一環境 媒質間的全折射率。 6. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該第一 媒質爲該透明水晶基底之媒質，而該第二媒質爲使用一雷 射光束照射於該水晶基底而調整該水晶基底所獲得之一調 整媒質。 7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，其中該雷射 光束之脈衝寬度小於萬億分之一秒。 8. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該折射 層包括一凹坑陣列，以定義該第一媒質爲相鄰凹坑間的該 透明水晶基底之媒質，並定義該第二媒質爲陷於該些凹坑 中之一環境媒質。 9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中該些凹 坑是由下列步驟所形成： 在該發光面照射一雷射光束，以調整選定部分爲調整 媒質；以及 移除該些調整媒質，以獲得該些凹坑。 10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該雷 1 1 498pif.doc/008 22 200402154 射光束之脈衝寬度小於萬億分之一秒，以避免熱損害形成 之折射層的相鄰部分。 11. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該調 整媒質是由來自不同方向同時照射之複數個雷射光束間之 干涉所形成。 12. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該折 射層具有形成於該發光面之一凹坑陣列，以定義相鄰凹坑 間之部分爲該第一媒質，並定義該第二媒質爲陷於該些凹 坑中之一環境媒質，該些凹坑在該發光面上具有不同之寬 度以形成佛瑞奈鏡。 13·如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該透 明水晶基底包括一光子水晶結構，用以自該界面朝向該發 光面反射光。 14·如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中該光 子水晶結構包括在該透明水晶基底之縱深方向延伸，且以 規則圖樣安排之一柱狀元件陣列，其中該些柱狀元件彼此 間隔對應或小於來自該半導體發光單元之光波長的距離。 15.如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該半 導體發光單元包括具有一光子水晶結構之一內部反射區， 用以自該界面朝向該光導導引光。 16·如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中延伸 過該透明水晶基底與該半導體單元形成一光子水晶結構， 用以自g亥界面朝向該發光面反射光。 17.如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該發 1 1 498pif.doc/008 23 200402154 光面包括複數個平面’每一平面自該界面中心起算與該光 之光軸形成小於一臨界角之角度。 18·如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該發 光面爲半球形，以將該透明水晶基底塑造爲一平面凸鏡， 該平面凸鏡之光學中心與該界面之中心一致。 19. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中該光 導是由一透明水晶基底所組成，該第一半導體層形成於該 透明水晶基底上’且該透明水晶基底上疊覆一'透明外套， 該外套是由不同於該透明水晶基底之材質所製作，且具有 含該折射層之該發光面。 20. 如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該透 明水晶基底係由選自藍寶石、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵與 磷化鎵等組成之群組的材質所製作，而該外套係由選自石 英玻璃、環氧基樹脂、矽合成樹脂及氮化鎵等組成之群組 的材質所製作。 21·如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該外 套之該上折射層外的部分之折射率大於該透明水晶基底之 折射率。 22·如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中該外 套之該折射層外的部分之折射率小於該透明水晶基底之折 射率。 23·如申請專利範圍第19項所述之發光元件，其中在該 外套與該水晶基底間之一界面形成一附加折射層，該附加 折射層包括具有不同折射率之一第一媒質與一第二媒質的 1 M98pif.doc/008 24 200402154 陣列，且交錯配置於該外套與該水晶基底間之該界面。 24. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中在該 第二半導體層上疊覆一附加光導，該附加光導具有一附加 發光面，以經由該附加發光面發射光，該附加發光面形成 包括一第一媒質與一第二媒質的陣列之一附加折射層，該 第一媒質與該第二媒質之折射率彼此不同，且交錯配置於 該附加發光面。 25. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，其中在該 光導與該第一半導體層間之一界面形成一附加折射層，該 附加折射層具有在該第一半導體層與該光導間之全折射 率。 1 1498pif.doc/008 25