发光二极管制造技术

一种发光二极管（１）在一个有源层（３）上面具有一个窗口层（４），该窗口层具有锯齿状异形结构的耦合输出桥（６），在耦合输出桥（６）上方延伸有边缘导线（１１），通过这些导线将电流注入到有源层（３）中。发光二极管（１）的特征在于耦合输出效率特别高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种发光二极管，其带有一个发射光子的有源层和一个至少能透过所发射光子中的一部分的窗口层，在该窗口层上设计至少一个触点用于将电流馈入有源层中。这样一种发光二极管由US 52 33 204 A已知。该已知的发光二极管具有一个产生光的部位，该部位布置在一个吸收衬底上。在产生光的部位上方布置一个窗口层，选择该窗口层的厚度使在窗口层上表面上全反射的光射线不转向衬底，而是入射到窗口层的一个侧面并从那里射出该窗口层。此外窗口层的的任务是将通过一个触点馈入到窗口层中的电流均匀地分布在有源层上。这种已知的发光二极管的缺点是，在有源层中触点的正下方所产生的光无法容易地漏泄出。尤其是从有源层向触点方向发出的光束大部分被触点反射回吸收衬底中。因此在EP 0 544 512 A中建议取消窗口层，取而代之地在发光二极管表面上设置树枝状结构化的印刷线路。其特点是，印刷线路直到印刷线路顶端都与其下面的层电绝缘。因此电流只能点状地馈入到下面的产生光的层中。但这些点是均布在发光二极管的表面上。为了提高光输出还建议在发光点附近设置倾斜的光出射面，从而所产生的光在发光二极管中经过很短的路径后就可以从中射出。倾斜的光出射面通过位于印刷线路下面的层的一种台式结构来实现。这些层涉及为了形成双掺杂结构所需的掺杂型覆盖层，其中布置了一个不掺杂的发光层。通过这样一种设计可以将光输出相对现有技术提高1.5倍。从该现有技术出发，本专利技术要解决的技术问题是提供一种进一步改进了光输出的发光二极管。根据本专利技术，该任务是通过具有权利要求1特征的发光二极管来实现的。本专利技术的一个主要特征是，触点由一个印刷线路构成，该印刷线路布置在一个最好沿着印刷线路纵向延伸的窗口层隆起上，其中一个侧面设计成异形，具有垂直于印刷线路延伸的突出部分。通过将触点设计成印刷线路，电流不只是点状注入到有源层中，而是经一个更大的纵向面注入到有源层中。在有源层中产生的光子大部分可以经窗口层隆起的侧面离开发光二极管。这也适用于大部分在窗口层中的路径是几乎沿着印刷线路纵向从而沿着隆起的延伸方向并在一个非异形的窗口层中会在外界面上被全反射的光子。由于具有垂直于印刷线路延伸的突出部分的侧面这种异形设计，这些光子也会以小于全反射角的角度入射到侧面的一段上。因此，这些光子没有丢失，而是提高了光输出。在一个试验中证明了用简单的窗口层相对于现有技术已知的发光二极管将光输出提高了约2倍。本专利技术的一种优选设计方案是，突出部分设计成截锥形，其中选择截锥体侧面所夹的角，使得其中的光子轨道在一次入射到突出部分侧面上后以一个更小的角度入射到下一个侧面上，这样多次之后直到小于全反射的临界角，光子从窗口层射出。其它优选设计方案是从属权利要求的主题。下面借助附图详细描述本专利技术。附图说明图1 发光二极管的透视图，其印刷线路导线在一个具有锯齿状异形侧面的窗口层上；图2 图1所示发光二极管的侧面异形结构的放大示意图；图3 图1所示发光二极管的平面视图；图4 图3所示发光二极管沿剖切线IV-IV的截面图；图5 示意表示在有源层中沿剖切线IV-IV的光产生的曲线；图6 传统发光二极管的横截面示意图，其带有一个涂在一个衬底上的有源层，在该有源层上有一个附加的窗口层；图7 示意表示在有源层中经图6所示横截面的光产生的曲线；图8 其有源层结构化并具有一个中央触点的发光二极管的横截面示意图；图9 示意表示图8所示发光二极管的有源层中的光产生的曲线；图10 带有未结构化的窗口层的发光二极管的横截面示意图，其印刷线路相应于图1所示发光二极管的印刷线路设计；图11 示意表示图10所示发光二极管的有源层中的光产生的曲线；图12 根据本专利技术的发光二极管的一种变型的平面示意图。图1和3的发光二极管具有一个衬底2，在该衬底上涂覆有一个发射光子的有源层3。这样一个有源层3可以由一个单层构成或者也可以是具有多个单层的一个层序列。在有源层3的上方是一个窗口层4，该窗口层在表面5上有一个环形边缘桥6形状的隆起，在这里是一个耦合输出桥。在表面5的中央，一个中央隆起7上是一个触点8，该触点相对窗口层4电绝缘。经过中央隆起7和边缘桥6之间再到由窗口层4的隆起构成的连接桥10的连接导线9，触点8与位于边缘桥6上的一根边缘导线11相连。连接导线9相对窗口层4也电绝缘。因此电流至少大部分只经边缘导线11到达有源层3。边缘桥6具有一个将窗口层4的上表面5与边缘桥6的上表面50相连的侧面12，该侧面是锯齿状异形结构，具有垂直于边缘导线11延伸方向的突出部分13。突出部分13是截锥形并具有至少部分地倾斜于表面5的侧面14。在图2中放大示出了突出部分13中的一个。选择侧面14的倾斜度，使侧面14的法线15与有源层3的法线16之间的夹角小于88°大于45°。角α(＝突出部分13的第一侧面与边缘导线11的延伸方向的夹角)，β(＝突出部分13的第二侧面与边缘导线11的延伸方向的夹角)，γ(＝突出部分13的第一侧面与第二侧面的夹角)最好选择成使其中一个角小于10°。此外，任何一个角都不等于45°或等于60°，因为在这种高度对称的情况下耦合输出效率会下降。此外有利的是，边缘桥6的窄处17的宽度b与边缘桥16的高度之比V满足0.1＜V＜10，最好1＜V＜3。图4示出了沿着图3中的剖切线IV-IV的横截面。图5示出了沿着剖切线IV-IV的光产生率。这里，光产生可以理解为在有源层3中所产生的光子的比率，它基本反映了电流密度从而反映了当前电流注入的特性。众所周知，在触点8正下方的光产生率极小。由此，此处的光产生率具有最小值18。而在边缘桥6的部位光产生率具有最大值19，因为此处电流从边缘导线11注入到窗口层4，该边缘导线11与触点8和连接导线9相反，不是相对窗口层电绝缘。对于高效的光耦合输出来说重要的是，异形的边缘桥6处于光产生率最大值19的附近。由于在窗口层4的表面上结合了局部电流注入和结构化，导致了光输出很高。这一点在下面将借助图6至11举例详细说明。在下面的试验中，发光二极管的基面用300微米×300微米，并使用一个吸收衬底。有源层的厚度为200纳米，吸收系数为10.000/厘米。窗口层的厚度为10微米，触点反射率为30％，有源层的折射率为3.5。周围介质的折射率为1.5。对比例1见图6中示出的立方体发光二极管20。该发光二极管20具有一个衬底21，在该衬底上设计一个有源层22，该有源层被一个窗口层23覆盖。在窗口层23上还有一个中央触点24，该触点相对窗口层23不电绝缘。在这样一种发光二极管中产生了图7所示的光产生率分布曲线25。比较图6和7可以看出，最大的光产生发生在中央触点24的正下方。但此处产生的光子大部分或者直接在与触点24的界面上被吸收或者被触点24反射回吸收衬底21。相应地，在这种发光二极管20中，所产生的光子中只有大约5％从发光二极管20耦合输出。射出的光子与所产生的光子数之比下面简称为耦合输出效率。下面为便于比较，将发光二极管20的效率设为100％。对比例2在图8中示出了另一种发光二极管26的横截面，其窗口层27相应于发光二极管1的窗口层4结构化。在该发光二极管26中，电流注入也是通过中央触点24进入有源层22。由此产生了图9本文档来自技高网...

【技术保护点】
发光二极管，带有一个发射光子的有源层（３）和一个至少可透过所发射光子中的一部分的窗口层（４），在该窗口层上有一个电触点用于将电流馈入到有源层（３）中，其特征在于，窗口层具有一个纵向延伸的耦合输出桥（６），在该耦合输出桥上有一条纵向延伸的接触导线（１１，１９），耦合输出桥具有至少一个沿着接触导线（１１，１９）延伸的侧面（１２），该侧面用横向于接触导线（１１，１９）延伸的突出部分（１３）作成异形结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2000-11-14 10056292.21.发光二极管，带有一个发射光子的有源层(3)和一个至少可透过所发射光子中的一部分的窗口层(4)，在该窗口层上有一个电触点用于将电流馈入到有源层(3)中，其特征在于，窗口层具有一个纵向延伸的耦合输出桥(6)，在该耦合输出桥上有一条纵向延伸的接触导线(11，19)，耦合输出桥具有至少一个沿着接触导线(11，19)延伸的侧面(12)，该侧面用横向于接触导线(11，19)延伸的突出部分(13)作成异形结构。2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，突出部分(13)顶端是尖角。3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，突出部分(13)具有三角形基面。4.根据权利要求1至3之一所述的发光二极管，其特征在于，突出部分(13)在侧面(12)上具有锯齿状轮廓。5.根据权利要求1至3之一所述的发光二极管，其特征在于，顶端尖角的突出部分(13)顶端的顶角γ小于10°。6.根据权利要求1至4之一所述的发光二极管，其特征在于，至少部分构成侧向平...

【专利技术属性】
技术研发人员：R沃思，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]