CN113767481B - 具有非镜面纳米结构薄膜反射器的高亮度led - Google Patents

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Abstract

一种发光器件，包括：半导体二极管结构，被配置为发射光；衬底，对由半导体二极管结构发射的光是透明的；和反射纳米结构层。反射纳米结构层可以安置在衬底的底表面上或邻近衬底的底表面，并被配置为朝向和穿过衬底的侧壁表面反射由半导体结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在反射纳米结构层上的光。替代地，反射纳米结构层可以安置在衬底的至少一个侧壁表面上或邻近衬底的至少一个侧壁表面，并被配置为朝向和穿过衬底的底表面反射由半导体结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在反射纳米结构层上的光。

Description

具有非镜面纳米结构薄膜反射器的高亮度LED
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年4月23日提交的美国专利申请16/857064和2019年4月26日提交的美国临时专利申请62/839123的优先权的权益，这两个申请中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)，并且更特别地，涉及采用纳米结构薄膜反射器(例如，反射超表面)的LED，以实现诸如高亮度和侧面发射光的特征。
背景技术
在蓝色芯片级封装(CSP)器件中，蓝宝石没有被反射器或其他元件(诸如体积散射材料或漫反射器)包围或以其他方式涂覆，从而允许发光二极管(LED)从五个侧面发射。在某些应用中，五个侧面的发射是有用的。在其他应用中，来自某些侧面的发射被浪费。在一些应用中，从四个侧面(不包括与管芯相对的侧面)发射具有优势，而在其他应用中，仅从与管芯相对的单个侧面发射具有优势。
当五侧面发射的LED的侧壁被反射器或其他元件(诸如体积散射材料、介电镜、或布拉格镜)包围或以其他方式涂覆时，LED可以形成为顶侧发射器或定向发射器。替代地，通过用反射器涂覆蓝宝石“顶部”和任一侧面，可以将五侧面发射的LED配置用于从所有四个侧面或仅从几个侧面进行侧面光发射。反射器可以采取例如镜面反射器(诸如金属膜或介电镜或布拉格镜)的形式，或者采取例如漫反射器(诸如体积散射材料)的形式。
对于侧面发射的LED，蓝宝石层的高度可以增加，以从LED提取更多的光。如所描述，尽管当顶部蓝宝石衬底表面涂覆有反射器时得到了侧面发射，但该发射的一部分可能被反射回到LED管芯中。例如，如果反射器是镜面反射器并且该发射以接近垂直入射而入射在反射器上，或者替代地，如果反射器是漫反射器，除了镜面角度之外，该漫反射器将入射光散射或重定向成许多不同的角度，则这可能发生。这种反射发射中的一部分光子可能在LED器件/腔中到处反弹，并在管芯或其他吸收中心中被吸收，并且作为结果、不能贡献总的LED发射通量。另外，基于所用反射器的类型，反射器处可能发生附加的损耗。例如，如果利用金属反射器，则光子也可能在金属反射器中被吸收。进一步，如果使用漫射性更强的反射器，则漫反射器需要附加的厚度(诸如>150pm)来实现入射光子的适当反射。损耗也可能发生在用作反射器的体积散射介质内。进一步，体积散射介质可能需要比期望的更大的反射器厚度。
类似于如上面相对于侧面发射的LED所描述的，对于顶部发射的LED，入射在反射侧壁上的光可以在LED腔内来回反射。反射的光子可能经历多次反弹，这提高了其在LED管芯中被吸收或被其他吸收材料吸收的可能性。
将反射器设计成在LED腔内以最小的反弹/通过次数从LED提取光将是有用的，从而提高LED的效率。
发明内容
一种发光器件，包括：半导体二极管结构，被配置为发射光；衬底，对由半导体二极管结构发射的光是透明的；和反射纳米结构层。反射纳米结构层可以安置在衬底的底表面上或邻近衬底的底表面，并被配置为朝向和穿过衬底的侧壁表面反射由半导体结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在反射纳米结构层上的光。替代地，反射纳米结构层可以安置在衬底的至少一个侧壁表面上或邻近衬底的至少一个侧壁表面，并被配置为朝向和穿过衬底的底表面反射由半导体结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在反射纳米结构层上的光。
反射纳米结构层可以包括例如镜面反射器、安置在镜面反射器和衬底之间的介电层、以及安置在镜面反射器和衬底之间并通过介电层与镜面反射器隔开的纳米天线的周期性布置。在一些变型中，反射纳米结构层可以缺少镜面反射器。
每个纳米天线不对称地散射光。选择单独的纳米天线的性质和它们的周期性布置，使得出射散射波的方向可以与入射波的方向非常不同，因为超表面可以被视为具有亚波长间隔和特征的光栅。作为结果，反射纳米结构层非镜面地反射入射光，即入射角和反射角可能不同。将此与典型的金属或介电布拉格反射器的镜面行为对比。尽管传统的漫反射器倾向于将光重新分布成所有角度，但是代替地选择超表面来将光重新分布成某些选定的角度，这有助于改进LED的性能。
如本文所使用，纳米天线是指单个光散射体，或者是指两个或更多个光散射体彼此非常接近的布置，例如彼此之间的距离相当于或小于由半导体二极管结构发射的光的(半导体中的)峰值波长。
在本文所描述的反射纳米结构层中，纳米天线可以是例如单个不对称光散射物体，或者包括不对称布置的两个或更多个光散射物体。所公开的反射纳米结构层中的纳米天线的周期性布置可以包括大小、形状、或者大小和形状彼此不同的纳米天线。
附图说明
从以下结合所附附图通过示例的方式给出的描述中，可以得到更详细的理解，其中：
图1A图示了具有超表面的发光二极管(LED)器件，该超表面定位成光学邻近远离半导体管芯或芯片的蓝宝石层；
图1B图示了如图1A中的示例超表面的分解视图；
图1C图示了示例超表面的示例基元(unit cell)，例如图1B的超表面；
图1D图示了可以在图1C的示例基元中使用的示例散射元件；
图1E图示了示例散射元件的各种截面；
图1F图示了由例如诸如图1D、图1E的散射元件的散射元件形成的超基元；
图1G图示了具有定位于侧壁上的超表面的实施例的LED，以将来自半导体管芯或芯片的选定成角度入射的光朝向蓝宝石的出射表面偏转；
图1H图示了用于增强LED器件的方法；
图2A是示例实施例中的LED器件的图解；
图2B示出了包括具有像素的LED阵列的照明系统的截面视图；以及
图3示出了包括应用平台和LED系统的示例系统。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定的结构、组件、材料、尺寸、处理步骤、和技术，以便提供对本实施例的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将领会，实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他实例中，为了避免模糊实施例，尚未详细描述公知的结构或处理步骤。将要理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为在另一个元件“上”或“之上”时，它可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接在另一个元件之上”时，没有中间元件存在。还将要理解，当一个元件被称为在另一个元件“下方”、“之下”或“下面”时，它可以直接在另一个元件下方或下面，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件下方”或“直接在另一个元件下面”时，没有中间元件存在。
为了不模糊以下详细描述中实施例的呈现，本领域中已知的一些结构、组件、材料、尺寸、处理步骤、和技术可能已经为了呈现并为了说明的目的而被组合在一起，并且在一些实例中可能尚未详细描述。在其他实例中，本领域已知的一些结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术可能根本不被描述。应当理解，以下描述相当集中于本文描述的各种实施例的独特的特征或元件。
公开了蓝色、直接、侧面发射发光二极管(LED)器件和顶部发射LED器件的设计和优化。通过示例的方式并且为了提供具体描述，描述了具有蓝宝石板的芯片级封装(CSP)LED，尽管本文的原理和教导也可以应用于其他LED配置。具有涂覆有反射纳米结构表面(例如超表面)的蓝宝石顶表面的侧面发射LED提供了解决上文讨论的问题的益处。具有涂覆有反射超表面的蓝宝石侧壁的顶部发射LED提供了解决上文讨论的问题的益处。在任一配置中，反射超表面可以被设计成将入射光朝向出射表面弯曲，并防止其返回到管芯中。反射超表面的使用可以提高整个器件的效率。另外，反射超表面充当光波长量级的薄反射器，并且可以被设计成与等效厚度的体积散射相比提供更好的反射，或者被设计成提供比金属反射器更低的损耗。
图1A图示了具有超表面110的LED器件100，该超表面110定位成光学邻近远离半导体管芯或芯片130的蓝宝石层120。例如，超表面层可以直接耦合到LED结构和/或可以直接放置在邻近蓝宝石层120的LED结构的顶部(如图1A中所示)。LED结构可以包括蓝宝石层120的LED表面，如将被理解的，针对某些波长的LED，该蓝宝石层120也可以形成为氮化镓(GaN)。器件100还可以包括半导体管芯或芯片130。为了便于理解本发明，LED器件100的LED结构以简化的形式呈现，因为知道相关领域的普通技术人员将理解LED内包括的其他元件。
在半导体的基底处是衬底，本文称为蓝宝石层120。蓝宝石是氧化铝(A12O3)，也称为刚玉，并且表现出以下性质，包括：非常坚硬、坚固、易于加工平整、良好的电绝缘体、和优异的导热体。蓝宝石在合成生产时一般是透明的，其中天然蓝宝石中的蓝色(和红宝石中的红色，其是刚玉的另一种形式)来自晶格中的杂质。蓝宝石层120形成该结构的一部分，并且还可以反射光线。
在操作中，芯片130发射光。对于LED蓝色发射器，芯片130可以是具有蓝宝石层120的光滑顶表面的CSP管芯，该蓝宝石层120可以用作超表面110的衬底材料。
超表面110可以采取被设计成操控角度辐射的纳米结构光子层的形式。仅通过非限制性示例的方式，超表面110可以包括不对称纳米天线的光子晶体、超材料、超表面或亚波长光栅或者由不对称纳米天线的光子晶体、超材料、超表面或亚波长光栅组成。超表面110的主要功能是将入射在蓝宝石表面上的辐射从给定的角度范围反射到选定的角度范围。这个受限的角度范围被选择为从LED 100的(多个)侧面提取尽可能多的光。例如，垂直入射在超表面110上的光可以被反射成大的斜角，使得光可以从蓝宝石层120的侧壁逸出。
例如，超表面110可以由以周期性二维图案或光栅形成的反射光束弯曲器组成。图1B图示了图1A的LED器件100的分解视图，其图示了超表面110的细节。超表面110可以由封装或以其他方式包含多个散射元件160并邻近蓝宝石层120定位的背景材料175形成。多个散射元件160可以被背景材料175包围。背景材料175可以具有与其邻近的镜面反射器155，反射器155远离蓝宝石层120。反射器155、背景材料175、和多个散射元件160的组合构成了超表面110。在其他变型中，超表面110可以缺少镜面反射器。
多个散射元件160可以形成或放置在邻近蓝宝石层120的背景材料175中。散射元件160可以由任何高度和宽度形成，并且可以以使用中的波长的周期为中心，诸如对于蓝光大约为450nm。高度和宽度可以被配置成创建入射光的期望散射，诸如为了最大化通过蓝宝石层120的侧壁被引导出的光。例如，散射元件可以形成为硅(Si)或二氧化钛(TiO2)、或其组合。
例如，背景材料175可以是低折射率材料，诸如氟化镁(MgF2)。
反射器155可以是镜面反射器。例如，反射器155可以是金属镜(例如金镜或银镜)、介电镜、或布拉格反射器。反射器155可以在入射场和输出场之间具有确定的相位关系。
图1C图示了图1B的超表面110的反射光束弯曲器的示例基元150。基元150在X和Y方向上可以是dx和dy尺寸的矩形(在坐标独立设计中示为图1C中的d)。基元150包括一系列层，其包括反射器155和背景材料175。第一散射元件160可以定位成邻近远离反射器155的衬底层170。散射元件160可以采取本文描述的任何散射元件的形式。散射元件160在本文可以被称为纳米天线。
可选的散射元件165可以定位于背景材料175内。如所示，可选的散射元件165可以定位成使得可选的散射元件165的一个边缘与反射器155的表面接触或接近接触。如由相关领域的普通技术人员将理解的，可选的散射元件165的定位的这个位置仅仅是说明性的，因为可选的散射元件165可以定位于背景材料175内的任何位置和取向。
第一散射元件160可以邻近衬底120形成或放置。第一散射元件160可以以如由与从蓝宝石层120发射的光的相互作用所限定的任何高度和宽度而形成。第一散射元件160可以被设计成与器件100内的电场和磁场相互作用。第一散射元件160可以不对称地散射光。
可选的散射元件165可以类似于第一散射元件160形成。也就是说，可选的散射元件165可以与第一散射元件160完全相同和/或选自与第一散射元件160相同的散射元件。尽管可选的散射元件165被描述为可选的，但是设想在LED器件中可以包括可选的散射元件165，而不需要包括第一散射元件160。
在图1D中图示了示例散射元件，诸如第一散射元件160和/或可选的散射元件165。散射元件可以设计成两个干涉的惠更斯元原子。可以选择散射元件来满足第一Kerker条件，使得磁偶极辐射和电偶极辐射在向后方向上抵消，从而产生大的前向散射，称为惠更斯元原子。
散射元件也可以由光子超材料(PM)形成，也称为光学超材料，它是一种与光相互作用的电磁超材料，覆盖太赫兹(THz)、红外(IR)或可见波长。该材料采用周期性的蜂窝状结构。亚波长周期性将光子超材料与光子带隙或光子晶体结构区分开。晶胞(cell)的尺度比原子的量值大，但比辐射波长小得多，并且在纳米量级。在超材料中，晶胞在比晶胞大的尺度上扮演同质材料中的原子角色，从而产生有效的介质模型。
如图1D中所示，例如，散射元件160(和散射元件165)可以形成为二维散射体(诸如光栅)或三维散射体。示例三维散射体可以是纳米圆柱体。散射元件(诸如纳米圆柱体)可以包括可以由蓝宝石形成的衬底层162，以便更容易地与基元150的蓝宝石层170结合或形成。诸如硅或二氧化钛(TiO2)的高折射率介质可以用于形成圆柱体164和166。圆柱体164、166可以被背景介质168包围。背景介质可以由空气或具有约为1.54的折射率的硅树脂形成。例如，也可以采用其他几何形状的散射体，包括L形散射体172。
不对称散射可以通过使用高度为H的不对称圆柱体来实现。高度H可以被设计成将来自反射器155的反射场链接到来自第一散射元件160的散射场。这些场之间的干涉导致光在特定方向上被散射。
例如，垂直入射光可以被散射成大的斜角。一个示例可以使用两个硅颗粒在840nm处实现(对于两个圆柱体164、166，高度均为H＝250nm，并且半径为90和150nm，间隔30nm)。颗粒设置在高度为420nm的二氧化硅衬底162上。
散射元件可以被组合以生成由相位的空间梯度组成的反射超表面110。图1E图示了一些不同的可能的散射元件的各种截面。散射元件或纳米天线可以由图1E(a)中所示的纳米圆柱体172(详细的图1D)、图1E(b)中所示的纳米锥173、或图1E(c，d)中所示的纳米立方体176、178形成，它们例如布置在六边形或矩形晶格中。晶格周期可以是亚波长或大于波长。散射元件可以是惠更斯元原子或支持波导模式。在纳米圆柱体垂直二聚体176(图1E(c))和同轴二聚体178(图1E(d))的情况下，元原子或纳米天线内的干涉模式使用结构参数提供了对散射模式的附加控制。
例如，纳米天线可以包括单个散射体(单个偶极)，或者包括可以类似于八木宇田天线而配置的散射体(偶极)阵列。
散射元件可以形成或排列成简单的超基元。图1F图示了示例超基元190。超表面110的每个小超基元190可以对入射在超表面110上的光提供光束弯曲。通过在LED出射表面(蓝宝石层120的邻近超表面110的表面)上适当地放置大量具有不同光束弯曲性质的不同超基元190，可以将光成形为所需的角度分布。超基元的放置和配置可以基于实现LED性能的期望度量来优化。例如，优化器可以选择超表面110内的设计和放置，以从LED器件100获得最佳可能通量。诸如波长滤波和/或角度滤波(在本文详细描述)的多功能性可以被结合到超表面110中。
图1G图示了具有定位于侧壁上的超表面110的LED 100，以将来自半导体管芯或芯片130的选定成角度入射的光朝向蓝宝石层120的出射表面偏转。成角度入射的光的这种偏转提高了提取效率并增加了来自LED的通量输出。如上文所描述，超表面可以被设计成偏转光。这种超表面可以用于涂覆蓝宝石表面的侧壁，以偏转成角度入射的光。
蓝宝石层120的侧壁可以涂覆有反射超表面110。蓝宝石侧壁的更靠近GaN区域的区域具有以垂直或接近垂直入射而照射的光，这些区域可以受益于超表面的使用。此实施例中的反射超表面110可以被设计成将入射光朝向出射表面弯曲，并且防止光在蓝宝石层周围到处反弹并最终被吸收。这提高了整个器件的效率。反射器也是薄的(光波长量级)，并且可以被设计成具有低操作损耗。进一步，此实施例可以应用于其他配置，诸如陶瓷磷光体层，其中光以垂直或接近垂直入射而照射在侧壁上。例如，超表面110可以被设计成具有多功能性，包括波长滤波、角度滤波。
类似于以上关于图1A描述的结构，LED 100可以是LED蓝色发射器。芯片130可以是具有光滑侧壁表面的CSP管芯，可以用作光子层的衬底材料。蓝宝石层120可以如上所描述。超表面110可以是纳米结构光子层，以操控角度辐射。超表面110可以由不对称纳米天线的光子晶体、超材料、超表面和/或亚波长光栅形成。
根据此实施例，超表面110的功能可以是将入射在蓝宝石表面上的辐射从给定的角度范围反射到选定的角度范围。选择这个受限的角度范围以从LED的顶部提取尽可能多的光。例如，垂直入射在光子表面上的光将被反射成大的斜角，使得它可以从蓝宝石的顶部逸出。目的是防止光子在蓝宝石中到处反弹，并尝试尽可能快地提取它们。
反射超表面110由上面图1B、图1C中所示的周期性2维光栅中的反射光束弯曲器组成。图1C中的反射器155可以是镜面反射器，并且可以是金属镜或光子介电镜。另外地，反射器155可以在入射场和输出场之间具有确定的相位关系。
散射元件160可以设计成与电场和磁场两者相互作用。并且可以不对称地散射光。散射元件160的示例相对于图1D来说明和讨论。例如，散射元件164和166可以是两个干涉的惠更斯元原子。散射元件160可以是3维的(纳米圆柱体)或2维的(光栅)。不对称散射可以通过使用不对称颗粒来实现，例如如图1D中所示。例如，高度H可以被设计成将来自反射器的反射场链接到来自顶部散射体(诸如散射元件165)的散射场。散射元件160、165之间的干涉可能导致光仅在特定方向上散射。例如，垂直入射光可能被散射成大的斜角。一个示例可以使用作为散射元件160、165的两个硅颗粒在840nm处实现，两个硅颗粒的高度均为250nm、并且半径为90和150nm、间隔30nm。颗粒被设置在高度为420nm的二氧化硅衬底上。底部反射器平面上的散射元件160是可选的，并且可以提供对辐射的附加控制。反射超表面110可以由相位的空间梯度组成。上面相对于图1E和图1F描述了超表面110的纳米天线。超表面110的每个小超基元可以对入射光呈现一定量的光束弯曲。通过在LED蓝宝石层120的侧壁表面上适当地放置具有不同光束弯曲性质的超表面110的多个不同超基元，入射光束可以被成形为所需的角度分布。优化器可以选择设计和位置，以从LED获得最佳可能通量。
图1H图示了用于增强LED器件的方法180。该方法包括在步骤182使光在半导体管芯中发射，在步骤184增强衬底中的发射的光，以及在步骤186将入射在不是优选发光表面的衬底表面上的光定向反射以作为发射的光离开LED衬底。如实施例中所描述，反射超表面可以将衬底中入射在反射超表面上的光从衬底的侧壁反射出去。如实施例中所描述，反射超表面将衬底中入射在反射超表面上的光从远离半导体管芯的衬底表面反射出去。
图2A是LED器件的示例实施例中的LED器件200的图解，该LED器件可以采用具有角动量的光子转换器的高亮度侧面发射蓝色LED和/或具有非镜面侧壁光子薄膜反射器的LED。LED器件200可以包括一个或多个外延层202、有源层204和衬底206。在其他实施例中，LED器件可以包括波长转换器层和/或初级光学器件。如图2A中所示，有源层204可以邻近衬底206，并且当被激励时发射光。外延层202可以靠近有源层204，和/或一个或多个中间层可以在有源层204和外延层202之间。衬底206可以靠近有源层204，和/或一个或多个中间层可以在有源层204和衬底206之间。有源层204将光发射到衬底206中。
图2B示出了包括具有像素201A、201B和201C的LED阵列210的照明系统220的截面视图。LED阵列210包括像素201A、201B和201C，每个像素包括相应的衬底206B、有源层204B和外延层202B。LED阵列210中的像素201A、201B和201C可以使用阵列分割、或者替代地使用拾取和放置技术形成，并且可以例如发射不同峰值波长的光，诸如红色、绿色和蓝色。在一个或多个像素201A、201B和201C之间示出的空间203可以包括气隙，或者可以由诸如金属材料的材料填充，该材料可以是触点(例如，n触点)。根据一些实施例，可以提供次级光学器件，诸如一个或多个透镜和/或一个或多个波导。
LED器件200或像素201A、201B和201C可以是单波长发射器，并且可以单独地或经由阵列供电。LED器件200或像素201A、201B和201C可以是光照系统的一部分，该光照系统包括一个或多个电子板、电源模块、传感器、连接和控制模块、或LED附着区域等。阵列中的像素可以基于不同的通道信号被供电，并且它们的操作可以由微控制器来确定。
图3示出了示例系统550，其包括应用平台560、以及LED系统552和556。LED系统552生成箭头561a和561b之间所示的光束561。LED系统556可以在箭头562a和562b之间生成光束562。作为示例实施例，LED系统552和556可以是汽车的一部分，并且可以发射红外(IR)通信光束，使得光束561和/或562路径中的迎面而来的车辆能够从汽车接收通信。在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备、和机器人设备。
应用平台560可以经由线路565或其他适用的输入经由电力总线向LED系统552和/或556提供电力，如本文所讨论的。进一步，应用平台560可以经由线路565为LED系统552和LED系统556的操作提供输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、所感测的读数、或预编程或自主确定的输出等。一个或多个传感器可以在应用平台560的外壳内部或外部。
在各种实施例中，应用平台560传感器和/或LED系统552和/或556传感器可以收集数据，诸如视觉数据(例如，LIDAR数据、IR数据、经由相机收集的数据等)、音频数据、基于距离的数据、移动数据、或环境数据等、或者其组合。数据可以基于由例如LED系统552和/或556发射光学信号(诸如IR信号)并基于发射的光学信号收集数据来收集。数据可以由与发射用于数据收集的光学信号的组件不同的组件来收集。继续该示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)发射光束。一个或多个传感器可以感测对发射的光束或任何其他适用输入的响应。
尽管以上以特定的组合描述了特征和元件，但是本领域普通技术人员将领会，每个特征或元件可以单独使用，或者与或不与其他特征和元件组合使用。另外，本文描述的方法可以在结合在计算机可读介质中的计算机程序、软件或固件中实施，以便由计算机或处理器执行。计算机可读介质的示例包括电子信号(通过有线或无线连接传输)和计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储器设备、诸如内部硬盘和可移动盘的磁介质、磁光介质、以及诸如CD-ROM盘和数字多功能盘(DVD)的光学介质。

Claims (23)

1.一种发光器件，包括：
半导体二极管结构，被配置为发射光；
衬底，对由所述半导体二极管结构发射的光是透明的，并且包括其上安置所述半导体二极管结构的顶表面、与所述顶表面相对定位的底表面、以及在所述顶表面和所述底表面之间延伸的侧壁表面；和
反射纳米结构层；
所述反射纳米结构层安置在所述衬底的底表面上或邻近所述衬底的底表面，并被配置为朝向和穿过所述衬底的侧壁表面反射由所述半导体二极管结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在所述反射纳米结构层上的光；
其中所述反射纳米结构层包括不对称纳米天线的光栅，所述不对称纳米天线的光栅具有小于或等于由所述半导体二极管结构发射的光的波长的周期。
2.一种发光器件，包括：
半导体二极管结构，被配置为发射光；
衬底，对由所述半导体二极管结构发射的光是透明的，并且包括其上安置所述半导体二极管结构的顶表面、与所述顶表面相对定位的底表面、以及在所述顶表面和所述底表面之间延伸的侧壁表面；和
反射纳米结构层；
所述反射纳米结构层安置在所述衬底的至少一个侧壁表面上或邻近所述衬底的至少一个侧壁表面，并被配置为朝向和穿过所述衬底的底表面反射由所述半导体二极管结构发射并以垂直入射或接近垂直入射的角度入射在所述反射纳米结构层上的光；
其中所述反射纳米结构层包括不对称纳米天线的光栅，所述不对称纳米天线的光栅具有小于或等于由所述半导体二极管结构发射的光的波长的周期。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中所述反射纳米结构层具有垂直于所述衬底的表面的厚度，所述厚度小于或等于由所述半导体二极管结构发射的光的波长，所述反射纳米结构层与所述衬底的表面邻近或安置在所述衬底的表面上。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中所述不对称纳米天线的光栅被布置为光子晶体。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中所述不对称纳米天线的光栅被布置为超材料或超表面。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中至少一个不对称纳米天线是单个不对称光散射物体。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中至少一个不对称纳米天线包括不对称布置的两个或更多个光散射物体。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体各自单独地对称。
9.根据权利要求8所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体各自具有相同的形状，但是具有不同的大小。
10.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体中的至少一个是不对称的。
11.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体以周期性布置安置。
12.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述两个或更多个物体以非周期性布置安置。
13.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述纳米天线的第一个和所述纳米天线的第二个在大小、形状、或者大小和形状上不同。
14.根据权利要求1或2中任一项所述的发光器件，其中：
所述反射纳米结构层包括镜面反射器、安置在所述镜面反射器和所述衬底之间的介电层、以及安置在所述镜面反射器和所述衬底之间并通过所述介电层与所述镜面反射器隔开的纳米天线的周期性布置；以及
每个纳米天线不对称地散射光。
15.根据权利要求14所述的发光器件，其中所述反射纳米结构层具有垂直于所述衬底的表面的厚度，所述厚度小于或等于由所述半导体二极管结构发射的光的波长，所述反射纳米结构层与所述衬底的表面邻近或安置在所述衬底的表面上。
16.根据权利要求14所述的发光器件，其中至少一个纳米天线是单个不对称光散射物体。
17.根据权利要求14所述的发光器件，其中至少一个纳米天线包括不对称布置的两个或更多个光散射物体。
18.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体各自单独地对称。
19.根据权利要求18所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体各自具有相同的形状，但是具有不同的大小。
20.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体中的至少一个是不对称的。
21.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述两个或更多个光散射物体以周期性布置安置。
22.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述两个或更多个物体以非周期性布置安置。
23.根据权利要求17所述的发光器件，其中所述纳米天线的第一个和所述纳米天线的第二个在大小、形状、或者大小和形状上不同。
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