CN100446286C - 具有减小反射的层序列的发光二极管 - Google Patents
具有减小反射的层序列的发光二极管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种包括有源区(7)的发光二极管，其向主辐射方向(15)发射电磁辐射，其中在主辐射方向(15)上，减小反射的层序列(16)设置在所述有源区(7)之后，所述减小反射的层序列(16)包含：由至少一个层对(11，12)构成的DBR反射器(13)，在主辐射方向(15)上跟在所述DBR反射器(13)之后的增透层(9)，以及设置在所述DBR反射器(13)与所述增透层(9)之间的中间层(14)。
Description
本专利申请要求德国专利申请102004037100.8和102004040986.4的优先权，它们的公开内容通过引用结合于此。
本发明涉及一种具有有源区的发光二极管，所述有源区向主辐射方向发射电磁辐射，其中在所述主辐射方向中，减小反射的层序列设置在所述有源区之后。
为了提高效率，经常将DBR反射器(分布式布拉格反射器)使用在发光二极管中。DBR反射器通常包括多个由外延产生的半导体层构成的层对，这些层对在它们的折射率方面不同，并且它们的光学厚度即相应层的折射率与层厚度的乘积分别与由发光二极管所发射的辐射的波长的四分之一相应。特别是，通过将这种DBR反射器设置在发光二极管的衬底与有源层之间，可以实现向回反射朝衬底发射的辐射，由此减小了由于衬底中的吸收而引起的损耗。
然而设置用于辐射耦合输出的芯片表面由于对周围介质(可以为填料，特别是环氧树脂)的折射率差而具有某一反射率，使得与DBR反射器一起作用形成谐振器。由于该谐振器，在发光二极管的发射频谱中会出现不希望的谐振。该谐振效应甚至会导致，发光二极管的发射频谱在不同波长和/或发射角中具有多个强度极大值。在发光二极管应用在光学测量方法中的情况下，这特别引起干扰。
尽管在宽的角度范围上对发射光谱进行积分测量的情况下，这些谐振通常平均消失，因为谐振器的谐振频谱与角度强烈相关，但是，当检测发射到小的空间角度范围中的光时，这些谐振被记录到。因此在用小的数值孔径的测量方法中，其中在小的角度范围中检测由发光二极管所发射的辐射，值得期望的是避免这种谐振。
在传统的发光二极管中，例如通过在有源区上生长相对厚的层，所谓的窗口层，来减小不希望的谐振的问题。这种窗口层不仅用于电流扩展而且用于光耦合输出。由于层的厚度，谐振在频谱上如此密，使得在应用中它们通常不会产生干扰。由于确定的工艺步骤或者由于层生长本身造成，这些层也经常是不平的，由此谐振同样被抑制。当然，这种厚的层的生长与高的制造费用和高的成本相联系。
本发明的任务在于，说明一种发光二极管，其中以比较低的生产费用来减小发射频谱中的谐振。
在具有有源区的发光二极管中，电磁辐射朝着主辐射方向发射，其中减小反射的层序列在主辐射方向上设置在有源区之后，根据本发明的减小反射的层序列包含由至少一个层对构成的DBR反射器、在主辐射方向上跟随DBR反射器的增透层和设置在DBR反射器和增透层之间的中间层。
利用这种减小反射的层序列这样地减小设置在有源区上的层的反射率，使得尽可能避免发光二极管的发射频谱中的不希望的谐振。
特别是，减小反射的层序列的反射率取决于DBR反射器的层对的数量。当由在一个和十个之间(包括一个和十个)的层对，特别是优选在一个或者四个之间(包括一个和四个)的层对构成层序列时，表明是有利的。
中间层的光学厚度优选等于所发射的辐射的波长的一半。此外，有利的是，增透层的光学厚度等于所发射的辐射的波长λ的四分之一的奇数倍，即例如1/4λ、3/4λ或者5/4λ。利用这样的层厚度可以实现特别良好的去反射。
中间层优选是半导体层并且可以以有利的低生产费用直接外延地生长到DBR反射器的半导体层上。
增透层例如是介电层并且特别是可以包含氧化硅或者氮化硅。透射辐射的导电氧化物(TC0-透明导电氧化物)，特别是ZnO也是适合的。此外，可以掺杂增透层，例如用铝。因此，当增透层的部分区域设置有电接触时，这是特别有利的，因为增透层在这样的情况下同时可以作为电流扩展层。Al掺杂的ZnO层特别适合于此。此外，增透层也可以构造对设置在增透层下的中间层的欧姆接触。
发光二极管优选嵌入填料例如环氧树脂中。由此，一方面减小了对周围介质的折射率差而另一方面防止发光二极管受到环境影响。此外，填料也可以包含发光变换材料，以便使由发光二极管所发射的辐射的波长向更大的波长移动。合适的发光变换材料如YAG:CE(Y3Al5O12:Ce3+)例如描述在WO 98/12757中，其内容通过引用结合于此。
根据本发明的用于发光二极管的、减小反射的层序列是特别有利的，其中在衬底与有源区之间设置第二反射器，特别是第二DBR反射器。在这样的情况下，避免了由发光二极管所发射的辐射通过第二反射器侵入衬底中。其中与不具有或者具有传统的去反射的发光二极管相比，通过减小反射的层序列同时减小了在发射频谱中出现不希望的谐振的危险。在此，根据本发明的减小反射的层序列的作用与减小反射的层序列距第二反射器和/或距有源区的间距无关。
但是，本发明并非限于具有衬底和施加在衬底上的第二反射器的发光二极管。更准确地说，发光二极管也可以包括所谓的薄膜半导体本体，其中生长到生长衬底上的外延层序列与生长衬底分离并且被安装到支承体上。这种薄膜半导体本体在朝着支承体的侧上包含反射的层，该反射的层也同样可以与对置的、通常设置用于辐射耦合输出的表面一起构造谐振器。
减小反射的层序列的总厚度优选小于2000nm。由此，与其中通过施加很厚的层来减少发射频谱中的不希望的谐振的发光二极管相比，生产费用是比较低的。
以下将结合附图1至6参照实施例更进一步地阐述本发明。
其中：
图1示出了通过根据本发明的发光二极管的实施例的横截面的示意性图示，
图2示出了在使用SiN增透层的情况下，对DBR反射器的层对的不同的数量，与波长λ相关的减小反射的层序列的反射率R的图形，
图3示出了在使用ZnO增透层的情况下，对DBR反射器的层对的不同的数量，与波长λ相关的减小反射的层序列的反射率R的图形。
图4示出了在使用传统的去反射层的情况下和在使用根据本发明的具有SiN镀膜的减小反射的层序列的情况下，不考虑反射损耗，与波长λ相关的所发射的辐射的强度I的图形，
图5示出了在使用传统的去反射层的情况下和在使用根据本发明的具有ZnO镀膜的减小反射的层序列的情况下，不考虑反射损耗，与波长λ相关的所发射的辐射的强度I的图形，
图6示出了通过根据现有技术的发光二极管的横截面的示意性图示。
相同或者作用相同的元件在附图中标有相同的参考标记。
图6中所示的与现有技术相应的发光二极管17包含衬底2和设置在衬底2上的DBR反射器5，DBR反射器由多个外延施加的半导体层3和4的层对构成。通过DBR反射器5，朝衬底2方向所发射的辐射被向回反射。此外，发光二极管包含发射辐射的有源区7，该有源区设置在盖层6和8之间并且向主辐射方向15发射辐射。
发光二极管17嵌入填料10中。为了减小在半导体材料与填料10之间的边界面上的反射损耗，设置增透层9。尽管有增透层9，然而由于增透层9与填料10之间的边界面上的和/或填料10与周围介质例如空气之间的边界面上的剩余反射与DBR反射器5结合会形成谐振器，由此会出现发光二极管的发射频谱中的不希望的谐振。
图1中所示的根据本发明的发光二极管1包含衬底2，该衬底例如可以是GaAs衬底。DBR反射器5施加到衬底上，DBR反射器由外延施加的半导体层3和4的多个层对构成。层对例如可以分别包含Al0.5Ga0.5As层3和Al0.95Ga0.05As层4。DBR反射器5的层对的数量例如为大约20。
通过DBR反射器5，朝衬底2方向所发射的辐射被向回反射。以这样的方式，提高了向主辐射方向15所发射辐射的强度并且减小了衬底2中的吸收损耗。
此外，发光二极管1包含辐射发射的有源区7。有源区例如可以包含由In1-x-yGaxAlyP(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)构成的大约0.2μm厚的层，以便实现大约600nm的发射波长。替换地，有源区也可以包含其它半导体材料并且具有其它发射波长。有源区7例如设置在p-型盖层6与n-型盖层8之间，这些盖层分别具有大约0.8μm的厚度。
发光二极管1例如可以嵌入填料10，特别是环氧树脂中。
为了避免发射频谱中不希望的谐振，根据本发明的发光二极管1包含减小反射的层序列16。减小反射的层序列16包括在主辐射方向15上跟在有源区7之后的DBR反射器13，DBR反射器由一个或者多个层对构成。有利地，由外延生长的半导体层11和12产生DBR反射器13，半导体层的光学厚度与所发射的辐射的波长的四分之一相应。例如，可以分别由Al0.5Ga0.5As半导体层11和Al0.95Ga0.05As半导体层12构成的至少一个层对来产生DBR反射器13。
此外，减小反射的层序列16包含紧靠填料的增透层9，增透层的光学厚度同样优选地与所发射的辐射的波长的四分之一、或者替代地与波长λ的其它奇数倍例如3/4λ或者5/4λ相应。特别是，增透层可以包含氮化硅、氧化硅或者氧化锌。
在DBR反射器13与增透层9之间，减小反射的层序列16包含中间层14，中间层例如包含Al0.5Ga0.5As并且具有大约与所发射的辐射的波长的一半相应的光学厚度。减小反射的层序列以这样的方式构造减小反射的谐振器。
通过根据本发明的减小反射的层序列16来减小反射决定性地取决于DBR反射器13的层对的数量。这在以下所示出的对设置在有源区7上的层的反射率的仿真中被表明。
在图2中示出了针对DBR反射器的层对的不同的数量，与波长λ相关的减小反射的层序列的反射率R的仿真。在仿真中假设，增透层9是具有折射率n＝2.05的SiN层。对没有DBR反射器(曲线18)，对具有一个层对(曲线19)、具有两个层对(曲线20)和三个层对(曲线21)的DBR反射器13进行与波长λ相关的反射率R的仿真。因此，最佳的去反射利用仅仅包含一个层对的DBR反射器13来实现。
在图3中示出了针对DBR反射器的层对的不同的数量，与波长λ相关的减小反射的层序列的反射率R的仿真，其中该仿真基于：增透层9包含具有折射率n＝1.85的用Al掺杂的ZnO。以不具有DBR反射器(曲线22)、带一个层对(曲线23)、带两个层对(曲线24)、带三个层对(曲线25)和四个层对(曲线26)的DBR反射器对设置在有源区7上的层的反射率进行仿真。仿真计算表明，在这样的情况下最好的去反射用具有两个层对的DBR反射器13来实现。
通常，类似于对称法布里-珀罗谐振器，DBR反射器13必须具有差不多与外部反射器相同的反射率，该外部反射器由中间层14与增透层9之间的以及增透层与填料10之间的层过渡构成，以便使剩余反射率最小。出于这样的原因，在具有由ZnO构成的增透层9的实施例中，与具有SiN构成的增透层的实施例相比，需要附加的层对。因为ZnO具有比SiN更小的折射率，所以增透层9对相邻的中间层14的折射率的差更大，由此提高了外部反射器的反射率。在这样的情况下，通过DBR反射器13中的附加层对实现了DBR反射器13的反射率与外部反射器匹配。
为了实现最佳的去反射，DBR反射器13也可以包含层11、12，这些层的光学厚度不同于λ/4。层11的厚度例如可以为1.2λ/4而层12的厚度为0.8λ/4。以这样的方式也可以使DBR反射器13的反射率与外部反射器的反射率匹配。替换地，DBR反射器13的层11、12的折射率差也可以变化，以便实现最佳的去反射。例如在AlGaAs半导体层中，这可通过改变Al含量来实现。
在图4中示出了对于具有SiN镀膜的发光二极管，发射的强度I(以任意的单位)的仿真。不具有根据本发明的DBR反射器13(曲线27)的发射频谱明显受到谐振影响，而曲线28中所示的具有根据本发明的减小反射的层序列的发光二极管的发射频谱仅无关紧要地不同于曲线29中所示的发射频谱，在曲线29中所示的发射频谱中未考虑外部反射。
在5中所示的具有由ZnO构成的增透层9的发光二极管的发射频谱中，还明显地示出了根据本发明的减小反射的层序列16的作用。在不带根据本发明的减小反射的层序列16的曲线30中所仿真的发射频谱具有两个极大值，而具有根据本发明的减小反射的层序列16的、在曲线31中所仿真的发射频谱示出了与不考虑外部影响在曲线32中所仿真的有源区7的发射频谱相似的曲线走向。
因此，根据本发明的减小反射的层序列16是特别有利的，因为在将发光二极管使用在精确的光学测量方法中的情况下，发射频谱中的两重或者甚至多重的极大值证明是非常有干扰的，特别是在其中采集差分信号的测量方法中，例如在温度测量方法或者热电阻测量方法中。
本发明并非受参照实施例的说明所限。更准确地说，本发明包括任何新特征以及任何特征的组合，特别是在权利要求中包含的特征的任意的组合，即使这些特征或者组合本身并未明确地说明在权利要求或者实施例中。
Claims (16)
1.一种具有有源区(7)的发光二极管(1)，所述有源区向主辐射方向(15)发射电磁辐射，其中在所述主辐射方向(15)中，减小反射的层序列(16)设置在所述有源区(7)之后，其特征在于，所述减小反射的层序列(16)包含：
-由至少一个层对(11，12)构成的DBR反射器(13)，
-在所述主辐射方向(15)上跟在所述DBR反射器(13)之后的增透层(9)，以及
-设置在所述DBR反射器(13)与所述增透层(9)之间的中间层(14)，其中所述中间层(14)的光学厚度等于所发射的电磁辐射的波长的一半。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述DBR反射器(13)由在一个和十个之间的层对(11，12)构成，包括一个和十个层对。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管，所述增透层(9)的光学厚度等于所发射的电磁辐射的波长的四分之一的奇数倍。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述增透层(9)是介电层。
5.根据上述权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，所述增透层(9)包含氧化硅或者氮化硅。
6.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述增透层(9)包含透射电磁辐射的导电氧化物。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述透射电磁辐射的导电氧化物包含ZnO。
8.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述增透层(9)被掺杂。
9.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述中间层(14)是半导体层。
10.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述增透层(9)构成与所述中间层(14)的欧姆接触。
11.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管(1)嵌入填料(10)中。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，所述填料(10)是环氧树脂。
13.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述减小反射的层序列(16)的总厚度小于2000nm。
14.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管(1)具有衬底(2)并且在所述衬底(2)与所述有源区(7)之间设置有第二反射器(5)。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其特征在于，所述第二反射器(5)是DBR反射器。
16.根据权利要求1或2所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管(1)包括薄膜半导体本体。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010011730A1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-08-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emimiting device |
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|---|---|---|---|---|
| US20010011730A1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-08-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emimiting device |
| CN1509406A (zh) * | 2001-03-15 | 2004-06-30 | ��ɣ��̬�ۺϼ������Ϲ�˾ | 微机电可调谐垂直腔光电器件及其制造方法 |
| CN1495926A (zh) * | 2002-06-24 | 2004-05-12 | ������������ʽ���� | 半导体发光器件 |
| US20040104398A1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-03 | Schang-Jing Hon | Gallium nitride based light-emitting device |
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