调整发光二极管的光提取效率的方法技术

本发明专利技术涉及一种调整发光二极管的光提取效率的方法，该发光二极管具有表面积S和周长P，该方法的特征在于包括使用具有折射率N的封装层(12)来封装发光二极管的步骤；基于考虑发光二极管的内量子效率IQE的模型确定折射率N；并且利用封装层实现的光提取使得发光二极管能够实现预定的外量子效率EQE

The method of adjusting the light extraction efficiency of LED

【技术实现步骤摘要】
调整发光二极管的光提取效率的方法
本专利技术涉及一种制造发光二极管的方法。具体地，本专利技术涉及一种制造发光二极管的方法，通过该方法可以调节所述二极管的外量子效率至预定值，特别是最大值。
技术介绍
发光二极管的外量子效率由内量子效率(IQE)与光提取效率(LEE)的乘积所限定。通常小于1的光提取效率考虑了会降低发光二极管的整体效率的寄生现象。在这些寄生现象中，起主导作用的是发光二极管的光辐射的内反射和/或重吸收。因此，为了优化光提取效率，已经提出了可以在二极管的某些表面上设计纹理，以限制内反射。在这方面，说明书末尾处所引用的文献[1]公开了由纹理层(尤其是粗糙的纹理层)覆盖发光二极管。可选地，说明书末尾处所引用的文献[2]公开了位于结构网格上(尤其是锥形结构网格上)的发光二极管。最后，说明书结尾处所引用的文献[3]和[4]公开了对发光二极管的外露表面的纹理化。然而，现有技术中已知的纹理化方法(texturingmethod)并不令人满意。专利技术人已经观察到，二极管的外量子效率还取决于尺寸，尤其是取决于所述二极管的表面的纵横比。更具体地，如图1所示，量子效率随着二极管尺寸的减小而降低。此外，随着二极管尺寸的减小而增加的电流密度达到最大效率。因此，上述文献中所公开的纹理，使得难以实现最大的外量子效率，并且特别依赖于所涉及的二极管的尺寸。就目前小二极管被广泛应用于光学器件，尤其是被应用于高分辨率显示器而言，必须能够解决由于优化外量子效率而引起的问题。因此，本专利技术的目的是公开一种调整发光二极管的外量子效率的方法。本专利技术的另一个目的是公开一种使发光二极管的外量子效率最大化的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少部分地由一种调整至少一个发光二极管(具有表面积S和周长P)的光提取效率LEE的方法来实现，该方法的特征在于包括使用具有折射率N的封装层来封装发光二极管的步骤，基于考虑发光二极管的内量子效率IQE的模型确定折射率N，并且利用封装层实现的光提取使得发光二极管能够实现预定的外量子效率EQEK。根据一实施例，模型为发光二极管的表面积S和周长P的函数。根据一实施例，考虑了内量子效率的模型满足以下关系：其中：A′·P/S为SRH(Shockley-Hall-Read)非辐射复合系数；B为辐射复合系数；C为俄歇(Auger)非辐射复合系数；n为注入的载流子浓度；P为发光二极管的周长；S为发光二极管的表面积。根据一实施例，确定折射率N包括：对由封装层所封装的朗伯光源(lambertiansource)发射的光线的路径进行仿真。根据一实施例，该仿真是针对封装层的折射率的范围而进行的仿真。根据一实施例，确定折射率N包括：构造点线图(abacus)，该点线图示出了封装层所允许的光提取与所需的光提取之间的关系，以使二极管的外量子效率等于预定的外量子效率EQEK。根据一实施例，预定的外量子效率EQEK对应于发光二极管能够实现的量子效率的最大值。根据一实施例，封装层形成圆顶形状。根据一实施例，周长P与表面积S之比大于十分之一。根据一实施例，调整多个基本相同的发光二极管的光提取效率LEE。根据一实施例，调整多个不同尺寸的发光二极管的光提取效率LEE。根据一实施例，至少一个发光二极管包括堆叠的III-V半导体材料。附图说明以下结合附图作为非限制性示例给出的调整发光二极管的外量子效率的方法的描述中，本专利技术的其他特征和优点将变得更清楚，在附图中：图1为发光二极管的外量子效率(沿垂直轴，具有最大等于1的任意单位)随流过所述二极管的电流的密度(水平轴，“A/cm2”)变化的图示，其中，不同曲线“a”、“b”、“c”、“d”、“e”、“f”和“g”分别是尺寸为500μm、200μm、100μm、50μm、20μm、15μm和10μm的发光二极管；图2为在本专利技术的框架中所使用的发光二极管的图示，该发光二极管通过其背面被支撑于支撑基板的正面上；图3为通过仿真所获得的发光二极管的外量子效率(沿垂直轴，具有最大等于1的任意单位)随流过所述二极管的载流子的浓度(水平轴，“cm-3”)变化的图示，其中，不同曲线“h”、“i”、“j”、“k”和“l”分别是边尺寸为500μm、100μm、50μm、10μm和5μm的发光二极管；图4为通过光提取的仿真与调制获得的发光二极管的外量子效率(沿垂直轴，具有最大等于1的任意单位)随流过所述二极管的载流子的浓度(水平轴，“cm-3”)变化的图示，其中，不同曲线“m”、“n”、“o”、“p”和“q”分别是边尺寸分别为500μm、100μm、50μm、10μm和5μm的发光二极管；图5a和图5b为增益变化的图示，具体地，图5a表示发光二极管的与随所述二极管的尺寸(水平轴，以“μm”为单位)变化的光提取的调制有关的具有增益(曲线1)和不具有增益(曲线2)的外量子效率，图5b表示施加于每种二极管尺寸所需的增益；图6为由封装层封装的二极管的光辐射输出的图示；图7为点线图，该点线图根据二极管的几何结构可以用于确定封装层的折射率N以使得所述二极管的外量子效率最大化。具体地，曲线3表示与封装层相关联的增益G(左垂直轴)随折射率N(下水平轴)的变化，而曲线4表示所需的增益Gn(右垂直轴)随周长P与表面积S之比(上水平轴)的变化；图8是被构造成与图7中的点线图的原理相同的点线图，其目的为确定封装层的折射率，其中，二极管的外量子效率小于所述二极管的最大外量子效率。具体实施方式因此，本专利技术的目的是公开一种调整发光二极管的外量子效率的方法。具体地，本专利技术涉及通过封装层来对发光二极管进行封装，该封装层的折射率N可以被调整以使所述二极管具有预定的外量子效率，尤其是最大外部量子效率。通过对二极管的内量子效率和外量子效率进行建模来确定折射率。图2为本专利技术上下文中所使用的发光二极管10的图示，“发光二极管”通常是指每当电流流过被称为光发射面10a的面时，通过该光发射面10a发射光辐射的结构。“光辐射”是指例如在可见光的波长范围内(例如在400nm至700nm之间的波长范围内)的辐射。发光二极管包括与光发射面10a相对的面，该面被称为背面10b。发光二极管通过其背面10b被支撑于支撑基板11的正面上。发光二极管10由包括插入在第一半导体层和第二半导体层之间的有源层的叠层所形成。第一半导体层可以包括n型掺杂的III-V半导体材料，并且具体是n型GaN(n型指的是掺杂有电子供体物质)。第二半导体层可以包括p型掺杂的III-V半导体材料，并且具体是p型GaN(p型指的是掺杂有空穴供体物质)。有源层可以包括从以下材料中选择的至少一种材料：GaN，GaAs，InGaN，InGaAlP。有源层还可以包括有I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调整至少一个发光二极管(10)的光提取效率LEE的方法，所述至少一个发光二极管(10)具有表面积S和周长P，其特征在于，所述方法包括：使用具有折射率N的封装层(12)来封装所述发光二极管的步骤；基于考虑所述发光二极管的内量子效率IQE的模型确定所述折射率N；并且利用所述封装层实现的光提取使得所述发光二极管能够实现预定的外量子效率EQE

【技术特征摘要】
20181206 FR 18724251.一种调整至少一个发光二极管(10)的光提取效率LEE的方法，所述至少一个发光二极管(10)具有表面积S和周长P，其特征在于，所述方法包括：使用具有折射率N的封装层(12)来封装所述发光二极管的步骤；基于考虑所述发光二极管的内量子效率IQE的模型确定所述折射率N；并且利用所述封装层实现的光提取使得所述发光二极管能够实现预定的外量子效率EQEK，并且其中，所述模型为所述发光二极管的所述表面积S和所述周长P的函数。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，考虑所述内量子效率的所述模型满足以下关系：



其中：A′·P/S为Shockley-Hall-Read非辐射复合系数；B为辐射复合系数；C为俄歇非辐射复合系数；n为注入的载流子浓度。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述折射率N包括：对由所述封装层所封装的朗伯光源发射的光线的路径进行仿真。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述仿真是针对所述封装层的折射...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尼斯·达阿米，玛丽安·康松尼，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR