一种高输出效率的半导体发光管制造技术

本发明专利技术是一种高输出效率的半导体发光管，所述发光管包括两个等腰直角三角形构成的长方形半导体发光管单元，其中，两个等腰直角三角形构成的长方形结构的半导体发光管，半导体发光管平面内传播的自发辐射光线在直角三角形边上发生全反射并入射到其它三角形边时，在三角形不同边上的入射角不断变化，易于折射进入空气形成有效的发光管输出，提高发光管的耦合输出效率。本发明专利技术利用直角三角形发光管的高效耦合输出实现了高输出效率的半导体发光管，同时又保持传统半导体发光管的长方形单元结构。

A semiconductor light emitting diode with high output efficiency

The present invention is a semiconductor luminescent diode with high output efficiency, the luminous tube comprises a rectangular semiconductor two isosceles triangle composed of light emitting tube unit, wherein the semiconductor rectangular structure of two isosceles triangle composed of the light tube, spontaneous emission light semiconductor light emitting plane in Guan Ping on the edge of the right triangle reflection and incident to the other side of the triangle, the triangle on the edge of the incident in different angle changing, easy to form air refracted into the light tube output effectively, improve the output efficiency of light-emitting tube coupling. The invention utilizes the high-efficiency coupling output of the right triangle LED tube to realize a semiconductor light-emitting tube with high output efficiency, while maintaining the rectangular element structure of the traditional semiconductor light-emitting tube.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光管，更具体地，本专利技术涉及一种能提高耦合输 出效率的半导体发光管。
技术介绍
在半导体发光管中，光输出效率受到半导体与空气或外部介质间大折射率差引起的光全内反射的限制。对于GaAs(GaN)材料，其折射率约为 3. 5(2. 5)，对应的半导体与空气界面的全内反射临界角为16. 6° (23. 6°)， 即入射角大于16.6。 (23.6。)的光线将受全内反射限制在半导体GaAs(GaN) 材料中。实际半导体中的自发辐射光基本均匀分布在0。到90。的入射角之 间，这样大部分的自发辐射光将由于全内反射而限制在半导体内无法输 出，从而降低了半导体发光管的耦合输出效率。为了提高半导体发光管的耦合输出效率，人们提出了各种各样的改进 方案。如改变发光管侧面倾斜度，使自发发射光在侧面发生偏转而从表面 发身寸出来(参考文献High—power truncated—inverted—pyramid (Al Ga ) InP/GaP light -emitting diodes exhibiting!) 50 external quantum efficiency,Appl. Phys. Lett., vol.75， p. 2365(1999);Light_output enhancement in a nitride-based light -emitting diode with 22° undercut sidewalls， ，， IEEE Photon. Technol. Lett.， vol. 17， p. 19 (2005)以及GaN-based light-emitting diode structure with monolithically integrated sidewall deflectors for enhanced surface emission, ，, IEEE Photon. Technol. Lett. ， vol. 18， p. 1588 (2006));粗化发光管的表面或衬底以提高耦合输出效率(参考文献Improved light-output and electrical performance of InGaN-based light emitting diode by microroughening of the p-GaN surface, Appl. Phys. Lett., vol. 93， p. 9383 (2003)和Improvement of lightextraction efficiency of flip-chip light emitting diode by texturing the bottom side surface of sapphire substrate, ，， IEEE Photon. Technol. Lett. ， vol. 18, p. 1406(2006));以及利用光子晶 体效应等(参考文献Enhanced light extraction from GaN-based light—emitting diodes with hologmphically generated two-dimensional photonic crystal patterns, ，， Appl. Phys. Lett., vol.87, p. 203508(2005))。对于GaN基发光管，改变发光管侧面倾斜度 的工艺比较复杂，不像AlGalnP/GaP发光管倾斜的侧面可以直接利用具有 一定倾角的刀具切割产生；粗化发光管的表面或衬底只是提高入射到表面 或衬底面的自发辐射光的出射效率，对发光管平面内传播的光线影响很 小；而利用光子晶体效应所需要的工艺过程比较复杂，成本较高。最近，韩国研究人员报道了采用等边三角形形状的GaN发光管在20mA 和100mA注入电流下获得比普通正方形发光管分别高48G/。和24。/。的输出功率 (参考文献Enhanced Light Extraction From Triangular GaN-Based Light-Emitting Diodes, ，， IEEE Photon. Technol. Lett. ， vol. 19， p. 1865(2007))。考虑到光线在正方形的GaN发光管边上的两次反射，可以得 出入射角介于23.5。和66.5。之间的光线将受全内反射限制在GaN半导体 中；而相应的在等边三角形GaN发光管中，受全内反射限制的光线的入射 角介于23. 5°和36. 5°，完全受全内反射限制的光线入射角范围只有13。远 小于正方形GaN发光管中的43。。但制作等边三角形GaN发光管单元与传统 的切割成方形发光管单元工艺不兼容，如果切割成方形单元则等边三角形 区域外的大面积发光材料就要去掉，材料的利用效率较低。
技术实现思路
为了克服以上缺陷，本专利技术提出用直角三角形形状的半导体发光管提 高半导体发光管耦合输出效率，从而得到高输出效率的半导体发光管。 本专利技术提出一种高输出效率的半导体发光管，由p面电极，n面电极和偶数个直角三角形发光单元构成所述直角三角形发光单元周围和相邻 直角三角形发光单元之间由隔离沟道隔离；所述隔离沟道深入至下限制层 中；所述下限制层直接位于衬底之上。进一步，所述直角三角形的直角边长在100到2000微米之间； 进一步，所述隔离沟道宽度在5到100微米之间。 进一步，所述直角三角形为等腰直角三角形。进一步，所述半导体发光管为GaN基半导体发光管。 进一步，所述半导体发光管为GaAs基半导体发光管。本专利技术的核心思想是引入两个直角三角形组成一个长方形的半导体 发光管，利用直角三角形对自发发射光线的弱限制，从而提高半导体发光 管的耦合输出效率，实现半导体发光管的高效输出。在直角三角形发光管 中，自发辐射光线经过在直角三角形边的两到三次全反射，总是会有一定 的几率折射出三角形边形成有效输出，不存在完全受全内反射限制的光 线，即在平面内任意角度传播的自发辐射光线都有可能折射进入周围的空 气形成有效输出。本专利技术利用直角三角形发光管的高效耦合输出实现了高输出效率的 半导体发光管，同时又保持传统半导体发光管的长方形单元结构。附图说明图l为等腰直角三角形发光管中点O发出的自发辐射光线经过在等腰 直角三角形的两个直角边上的两次反射后入射到斜边上，对应光线的传播路径以及光线在等腰直角三角形边上入射角的变化规律示意图2为等腰直角三角形发光管中点0发出的自发辐射光线经过在等腰直角三角形的直角边上的一次反射后直接入射到斜边上，对应光线的传播路径以及光线在等腰直角三角形边上入射角的变化规律示意图3为等腰直角三角形发光管中点O发出的自发辐射光线以大于45。入射角发射到等腰直角三角形的斜边上，再反射到直角边然后从直角边又 反射回斜边上，对应光线的传播路径以及光线在等腰直角三角形边上入射角的变化规律示意图4为等腰直角三角形发光管中点0发出的自发辐射光线以小于45° 入射角发射等腰直角三角形的斜边上，再反射到直角边上，对应光线的传播路径以及光线在等腰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高输出效率的半导体发光管，其特征在于，所述发光管由ｐ面电极，ｎ面电极和偶数个直角三角形发光单元构成：　所述直角三角形发光单元周围和相邻直角三角形发光单元之间由隔离沟道隔离；　所述隔离沟道深入至下限制层中；　所述下限制层 直接位于衬底之上。

【技术特征摘要】
1、一种高输出效率的半导体发光管，其特征在于，所述发光管由p面电极，n面电极和偶数个直角三角形发光单元构成所述直角三角形发光单元周围和相邻直角三角形发光单元之间由隔离沟道隔离；所述隔离沟道深入至下限制层中；所述下限制层直接位于衬底之上。2. 如权利要求l所述的发光管，其特征在于，所述直角三角形的直 角边长在100到2000微米之间。3. 如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永箴，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]