CN117501464A - 具有纳米结构化光提取层的发光器件 - Google Patents

具有纳米结构化光提取层的发光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN117501464A
CN117501464A CN202280039306.0A CN202280039306A CN117501464A CN 117501464 A CN117501464 A CN 117501464A CN 202280039306 A CN202280039306 A CN 202280039306A CN 117501464 A CN117501464 A CN 117501464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
semiconductor
light
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280039306.0A
Other languages
English (en)
Inventor
T·洛佩兹
A·阿巴斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lumileds LLC
Original Assignee
Lumileds LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lumileds LLC filed Critical Lumileds LLC
Publication of CN117501464A publication Critical patent/CN117501464A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/40—Materials therefor
    • H01L33/42—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/06—Adjustment of display parameters
    • G09G2320/0686—Adjustment of display parameters with two or more screen areas displaying information with different brightness or colours
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/387—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape with a plurality of electrode regions in direct contact with the semiconductor body and being electrically interconnected by another electrode layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

一种半导体发光器件，包括在连续器件区域之上共同延伸的掺杂半导体层之间的结或有源层、连接到半导体层的对应电接触组、以及在一个半导体层的与另一个半导体层相对的表面上的多个纳米结构化光学元件。一组复合电接触包括导电层、在导电层和半导体层之间的透明电介质层、以及穿过电介质层连接导电层和半导体层的通孔。纳米结构化元件重定向以由半导体层支持的光学模式侧向传播的光，以离开器件。复合电接触可以是独立的，并限定该器件的独立可寻址像素区域。纳米结构化元件和薄半导体层可以在相邻像素区域之间产生高对比度，而在它们之间没有沟槽。驱动电路可以提供在像素区域之间不同的驱动电流。

Description

具有纳米结构化光提取层的发光器件
优先权要求
本申请要求以下的优先权：(i)以Toni Lopez和Aimi Abass的名义于2021年3月31日提交的题为“Light-emitting device with nano-structuredlight extractionlayer”的美国临时申请第63/168637号和(ii)以Toni Lopez和Aimi Abass的名义于2022年3月22日提交的题为“Light-emitting device with nano-structured light extractionlayer”的美国非临时申请第17/701319号。所述两个申请都通过引用并入，如同在本文中以其全部内容阐述一样。
技术领域
本发明总体上涉及发光二极管和磷光体转换发光二极管。
背景技术
半导体发光二极管和激光二极管(在本文中统称为“LED”)是当前可用的最有效的光源之一。LED的发射光谱通常在由该器件的结构和由其构成的半导体材料的组分所确定的波长处表现出单一的窄峰。通过合适地选择器件结构和材料体系，LED可以被设计为在紫外、可见、或红外波长处来操作。
LED可以与吸收由LED发射的光并作为响应发射不同(通常更长)波长的光的一种或多种波长转换材料(在本文中一般称为“磷光体”)组合。对于这种磷光体转换LED(“pcLED”)，由LED发射的被磷光体吸收的光的份额取决于由LED发射的光的光路上的磷光体材料的量，例如取决于设置在LED上或LED周围的磷光体层中磷光体材料的浓度以及该层的厚度。
可以将磷光体转换LED设计为使得LED发射的所有光都被一种或多种磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射完全来自磷光体。在这种情况下，例如，可以选择磷光体以在狭窄的光谱区域内发射光，该光不由LED直接有效地生成。
替代地，可以将pcLED设计为使得由LED发射的光的仅一部分被磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射是由LED发射的光和由磷光体发射的光的混合。通过合适地选择LED、磷光体、和磷光体组分，可以将这样的pcLED设计成发射例如具有期望的色温和期望的显色特性的白光。
可以在单个衬底上一起形成多个LED或pcLED，以形成阵列。这种阵列可以用于形成有源照明显示器，诸如在例如智能手机和智能手表、计算机或视频显示器、增强或虚拟现实显示器、或者标牌中采用的那些；或者用于形成自适应照明源，诸如在例如机动车前灯、相机闪光源、或闪光灯(即手电筒)中采用的那些。每毫米具有一个或几个或许多单独器件的阵列(例如，大约一毫米、几百微米、或小于100微米的器件间距，以及相邻器件之间小于100微米或者仅几十微米或更小的间隔)通常被称为miniLED阵列或microLED阵列(替代地，μLED阵列)。这种miniLED阵列或microLED阵列在许多实例中还可以包括如上所述的磷光体转换器；这种阵列可以被称为pc-miniLED阵列或pc-microLED阵列。
发明内容
本发明半导体发光器件包括：第一和第二掺杂半导体层，其之间具有结或有源层；第一组和第二组电接触；以及一组多个纳米结构化光学元件。第一和第二掺杂半导体层被布置用于发射处于标称发射真空波长λ0的光；该发射由第一半导体层和第二半导体层之间的结或有源层处的载流子复合产生。第一半导体层和第二半导体层以及结或有源层在器件的连续区域之上共同延伸。第一组一个或多个电接触在其与第二半导体层相对的表面处与第一半导体层电接触；第二组一个或多个电接触与第二半导体层电接触。第一组中的每个电接触是复合电接触，其包括(i)在器件的连续区域内的第一半导体层的第一表面的对应表面区域之上延伸的对应导电层，(ii)在对应导电层和第一半导体层之间的对应的基本透明的电介质层，以及(iii)穿过对应电介质层的一个或多个对应的导电通孔，每个通孔在对应导电层和第一半导体层之间提供局部的、外接的电连接。该组多个纳米结构化光学元件被布置在第一半导体层的第一表面处或者与第一半导体层相对的第二半导体层的表面处。该组纳米结构化光学元件的布置导致由第一半导体层和第二半导体层支持的以一种或多种选择的光学模式侧向传播的至少一部分光(处于标称发射真空波长λ0)的重定向，以通过第二半导体层离开器件。
本发明发光器件的第一组一个或多个电接触可以包括多个独立的复合电接触。第一半导体层的第一表面的每个对应的表面区域可以是与器件的所有其他复合接触的外接表面区域分隔的分立的、外接的表面区域，以便限定发光器件的对应的分立像素区域。该组多个纳米结构化光学元件可以被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过第二半导体层离开该器件的光中，(i)至少指定的最小份额的出射光从该像素区域出射，(ii)至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开该器件，或者(iii)从该像素区域出射的光的份额与从一个或多个相邻像素区域出射的光的份额的对比度超过指定的最小对比度。
本发明发光器件可以进一步包括通过导电迹线或互连连接至第一组和第二组接触的驱动电路。该驱动电路可以提供流经该器件的电驱动电流，并使该器件发射光，其中该电驱动电流的对应部分作为对应的像素电流流经该器件的一个或多个像素区域。每个像素电流幅度可以不同于至少一个其他像素电流幅度，或者不同于任何其他像素电流幅度。驱动电路可以跨器件提供像素电流幅度的一个或多个指定的空间分布，像素电流幅度被提供给器件的对应像素区域。在这样的示例中，发光强度的空间分布根据跨器件的像素区域的布置和由驱动电路提供的像素电流幅度在像素区域之中的指定分布而跨器件变化。
在参考附图中所图示及以下书面描述或所附权利要求中公开的示例时，与LED、pcLED、miniLED阵列、pc-miniLED阵列、microLED阵列、和pc-microLED阵列相关的目的和优点可以变得清楚。
提供本发明内容是为了以简化形式介绍构思的选择，这些构思在下文的具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1示出了示例pcLED的示意性截面视图。
图2A和图2B分别示出了pcLED示例阵列的示意性的截面视图和俯视图。
图3A示出了相对于波导和投影透镜布置的pcLED示例阵列的示意性截面视图。图3B示出了与图3A的布置类似的布置，但是没有波导。
图4A示出了示例miniLED或microLED阵列的示意性俯视图以及该阵列的3×3LED的放大部分。图4B示出了单片形成在衬底上的示例pc-miniLED或pc-microLED阵列的几个LED的透视图。图4C是单片管芯和衬底上的多色磷光体转换LED的密排(closepacked)阵列的示例的侧截面示意图。
图5A是示例LED显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素为红色、绿色或蓝色磷光体转换LED像素。图5B是示例LED显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素包括集成到单个管芯上的多个磷光体转换LED像素(红色、绿色和蓝色)，该单个管芯结合到控制电路背板。
图6A示出了可以安装pcLED阵列的示例电子板的示意性俯视图，并且图6B类似地示出了安装在图6A的电子板上的示例pcLED阵列。
图7示出了通过穿过部分半导体层结构的蚀刻沟槽进行像素化的发光器件的常规布置示例的示意性截面图。粗箭头指示来自处于中心的发光器件的各种可能的光传播路径。
图8A和图8B示出了本发明发光器件示例的示意性截面图，每个发光器件具有连续的半导体层结构，该半导体层结构使用独立的电接触和一组纳米结构化光学元件进行像素化。粗箭头指示来自处于中心的发光器件的各种更可能的光传播路径；较浅的箭头指示来自处于中心的发光器件的各种不太可能的光传播路径。在图8A中，纳米结构化光学元件位于半导体层结构和电接触之间；在图8B中，纳米结构化光学元件位于发光器件的出射表面。
图9A为一组纳米结构化光学元件示例的放大示意性表示；所示的特定示例包括六边形网格布置的圆柱形元件。图9B-图9E示意性示出了各个纳米结构化光学元件的不同示例。
图10A-图10C分别为不同厚度的两个示例本发明发光器件的计算出的提取效率、Purcell因子及其乘积与传统发光器件的提取效率、Purcell因子及其乘积相比的曲线图。
所描绘的示例仅为示意性地示出；所有的特征可能没有完全详细或以适当的比例示出；为了清晰起见，某些特征或结构可能相对于其他特征或结构被夸大或缩小，或者被完全省略；除非明确指示是按比例的，否则不应认为附图是按比例的。例如，相对于它们的侧向范围或者相对于衬底或磷光体厚度，各个LED的垂直尺寸或层厚度可能被夸大。“垂直”和“侧向”方向仅相对于衬底或层结构来定义，其中“垂直”垂直于衬底或层，并且“侧向”平行于它们；它们不指示空间中或相对于任何周围结构的任何绝对方向。“横向”仅相对于光传播方向来定义，并且因此对于侧向传播的光来说，可以是垂直的或侧向的。注意，当第一结构或层被描述为“在”另一个上时，这涵盖具有或不具有一个或多个介于中间的结构或层的布置。一个结构或层被描述为“直接在”另一个上指示不存在介于中间的层或结构。除非以其他方式具体指示，否则任何图形或曲线图的任何单位或比例都是任意的。所示的示例不应被解释为限制本公开或所附权利要求的范围。
具体实施方式
应该参照附图来阅读以下具体实施方式，其中遍及不同的图，相同的附图标记指代类似的元件。不一定成比例的附图描绘了选择性示例并且不旨在限制本发明的范围。具体实施方式通过示例的方式、不通过限制的方式说明了本发明的原理。
图1示出了单独的pcLED 100的示例，其包括设置在衬底104上的半导体二极管结构102(在本文中一起被认为是“LED”或“半导体LED”)，以及设置在半导体LED上的波长转换结构(例如，磷光体层)106。半导体二极管结构102通常包括设置在n型层和p型层之间的有源区。跨二极管结构102施加合适的正向偏压导致来自有源区的光发射。所发射的光的波长由有源区的组分和结构确定。
该LED可以为(例如)发射蓝光、紫光或紫外光的III族氮化物LED。也可以使用由任何其他合适的材料体系形成并发射任何其他合适波长的光的LED。合适的材料体系可以包括例如各种III族氮化物材料、各种III族磷化物材料、各种III族砷化物材料和各种II-VI族材料。
取决于来自pcLED的期望的光学输出，任何合适的磷光体材料均可以用于波长转换结构106或并入波长转换结构106。
图2A-图2B分别示出了设置在衬底204上的pcLED 100的阵列200的截面视图和俯视图，每个pcLED 100包括磷光体像素106。这种阵列可以包括以任何合适方式布置的任何合适数量的pcLED。在所说明的示例中，该阵列被描绘为单片地形成在共享衬底上，但是替代地，pcLED阵列可以由分隔的各个pcLED形成。衬底204可以可选地包括电迹线或互连、或者CMOS或用于驱动LED的其他电路，并且可以由任何合适的材料形成。
可选地，各个pcLED 100可以包含透镜或其他光学元件，或者布置成与透镜或其他光学元件组合，所述透镜或其他光学元件定位成与磷光体层相邻或者设置在磷光体层上。这种光学元件(图中未示出)可以称为“初级光学元件”。另外，如图3A-图3B中所示，pcLED阵列200(例如，安装在电子板上)可以布置成与次级光学元件(诸如波导、透镜、或二者)组合，以在预期应用中使用。在图3A中，由阵列200的每个pcLED 100发射的光被对应的波导192收集并被导向投影透镜294。例如，投影透镜294可以是菲涅尔透镜。例如，此布置可以适用于在机动车前灯中使用。在图3B中，由阵列200的pcLED发射的光直接被投影透镜294收集而没有使用介于中间的波导。当pcLED可以间隔成足够靠近彼此时，此布置可以是特别合适的，并且也可以在机动车前灯以及相机闪光应用中使用。例如，miniLED或microLED显示应用可以使用与图3A-图3B中描绘的光学布置相似的光学布置。一般地，取决于期望的应用，可以将光学元件的任何合适的布置与本文描述的pcLED组合使用。
尽管图2A和图2B示出了九个pcLED的3×3阵列，但此类阵列可以包括例如以101、102、103、104或更多个的量级的LED，例如如图4A中示意性所示。各个LED 100(即，像素)在阵列200的平面中可以具有例如小于或等于1毫米(mm)、小于或等于500微米、小于或等于100微米、或者小于或等于50微米的宽度w1(例如，边长)。阵列200中的LED 100可以通过在阵列200的平面中具有例如数百微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于20微米、小于或等于10微米、或者小于或等于5微米的宽度w2的隔道(street)、通道(lane)或沟槽230彼此隔开。像素间距D1是w1和w2之和。虽然所图示的示例示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但是这些像素和阵列可以具有任何合适的形状或布置，无论是对称的还是不对称的。多个分开的LED阵列可以以任何可应用的格式组合在任何合适的布置中，以形成更大的组合阵列或显示器。
阵列平面中的尺寸w1(例如边长)小于或等于约0.10毫米的LED通常被称为microLED，并且这种microLED的阵列可以被称为microLED阵列。阵列平面中的尺寸w1(例如边长)在大约0.10毫米和大约1.0毫米之间的LED通常被称为miniLED，并且这种miniLED的阵列可以被称为miniLED阵列。
LED、miniLED或microLED的阵列，或者此类阵列的各部分，可以形成为分段的单片结构，其中各个LED像素通过沟槽和/或绝缘材料彼此电气隔离。图4B示出了这种分段单片LED阵列200的示例的透视图。该阵列中的像素(即，各个半导体LED器件102)被沟槽230分开，该沟槽230被填充以形成n型接触234。单片结构生长或设置在衬底204上。每个像素包括p型接触236、p-GaN半导体层102b、有源区102a、和n-GaN半导体层102c；层102a/102b/102c共同形成半导体LED 102。波长转换材料106可以沉积在半导体层102c(或其他可应用的介于中间的层)上。钝化层232可以形成在沟槽230内，以将n型接触234的至少一部分与半导体的一个或多个层分开。n型接触234、沟槽230内的其他材料、或不同于沟槽230内的材料的材料可以延伸到转换器材料106中，以在像素之间形成完整的或部分的光学隔离屏障220。
图4C为单片管芯和衬底204上的多色磷光体转换LED 100的密排阵列200的示意性截面视图。该侧视图示出了通过金属互连239(例如，金-金互连或附接到铜微柱的焊料)和金属互连238附接到衬底204的GaN LED 102。磷光体像素106位于对应的GaNLED像素102上或上方。半导体LED像素102或磷光体像素106(通常是两者)可以在其侧面涂覆有反射镜或漫射散射层，以形成光学隔离屏障220。在这个示例中，每个磷光体像素106是三种不同颜色中的一种，例如，红色磷光体像素106R、绿色磷光体像素106G和蓝色磷光体像素106B(仍然一般或共同称为磷光体像素106)。这种布置可以使得能够将LED阵列200用作彩色显示器。
LED阵列中的各个LED(像素)可以是单独可寻址的，可以作为阵列中像素的组或子集的一部分而可寻址，或者可以不是可寻址的。因此，对于要求或受益于光分布的细粒度的强度、空间和时间控制的任何应用，发光像素阵列都是有用的。这些应用可以包括但不限于来自像素块或各个像素的所发射光的精确的特殊图案化，在一些实例中包括作为显示器件而形成图像。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。发光像素阵列可以以各种强度、空间、或时间图案提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分地基于接收的传感器数据并且可以用于光学无线通信。相关联的电子器件和光学器件可以在像素、像素块、或器件级别上截然不同。
图5A和图5B为显示应用中采用的LED阵列200的示例，其中LED显示器包括大量显示像素。在一些示例中(例如，如图5A中)，每个显示像素包括单个半导体LED像素102和对应的单一颜色(红色、绿色或蓝色)的磷光体像素106R、106G或106B。每个显示像素仅提供三种颜色中的一种。在一些示例中(例如，如图5B中)，每个显示像素包括多个半导体LED像素102和多个颜色的多个对应磷光体像素106。在所示的示例中，每个显示像素包括半导体像素102的3×3阵列；那些LED像素中的三个具有红色磷光体像素106R，三个具有绿色磷光体像素106G，并且三个具有蓝色磷光体像素106B。因此，每个显示像素可以产生任何期望的颜色组合。在所示的示例中，不同颜色的磷光体像素106的空间布置在显示像素之间不同；在一些示例(未示出)中，每个显示像素可以具有不同颜色磷光体像素106的相同布置。
如图6A和图6B中所示，pcLED阵列200可以安装在电子板300上，该电子板300包括电源和控制模块302、传感器模块304、和LED附接区域306。电源和控制模块302可以接收来自外部源的电源和控制信号以及来自传感器模块304的信号，电源和控制模块302基于这些信号来控制LED的操作。传感器模块304可以从任何合适的传感器(例如从温度或光传感器)接收信号。替代地，pcLED阵列200可以安装在与电源和控制模块以及传感器模块分开的板(未示出)上。
在许多先前示例(包括上文所示的一些示例)中，通过蚀刻沟槽以形成由沟槽分隔的台面状结构，在公共分层半导体结构上单片形成多个单独的LED器件102(例如，如在图7中)。每个台面形成分隔的LED器件或像素102，其中沟槽延伸穿过掺杂半导体层中的至少一个(并且有时两个)以及它们之间的结或有源层。在图7的示例中，沟槽完全延伸穿过p型半导体层102b和有源层102a，但是仅部分穿过n型半导体层102c。在这种常见的布置中，部分蚀刻层102c将多个LED器件102一起保持在单片集成阵列200中。驱动电流可以独立于其他台面被引导通过每个台面，由周围的沟槽壁侧向限制，使得对应的像素102是可独立寻址的。然而，随着像素尺寸或间隔变更小，若干因素限制了来自每个像素的光输出、相邻像素102之间的对比度、或两者。
一个这样的因素是由于已蚀刻侧壁的缺陷位点处的非辐射载流子复合而降低的光发射的内量子效率。这种缺陷是蚀刻工艺中不可避免的副产品，并且它们的相对重要性随着像素尺寸的减小而增加；随着横向像素尺寸的减小，侧壁周长线性减小，而发射面积平方减小。对于大于例如50或100μm跨度的像素尺寸，侧壁缺陷处的复合效应相对不重要，或者至少是可容忍的。随着像素尺寸缩小到20μm、10μm或甚至更小，整个载流子复合的更大份额是侧壁处的非辐射复合，并且内量子效率因此变差。
另一个因素是随着像素尺寸减小，光提取越来越困难。增加来自半导体LED的光提取的常用方法是对器件的光出射表面提供纹理化。这种纹理化可以通过在具有波纹或其他类似表面结构特征的衬底上生长半导体层来形成，或者通过在光出射表面上沉积散射颗粒层来形成。然而，所得结构通常具有至少几微米或几十微米的特征尺寸，并且因此不能容易地在太小(例如，小于5或10μm跨度)的LED像素上实现。即使在结构上可实现如此小的像素尺寸，这种光提取表面特征也会严重降低相邻像素之间的对比度。图7的常见布置(其中像素间沟槽仅部分延伸穿过半导体层之一)还允许从一个像素102发射的光从不同像素102传播到阵列中并从阵列出射，如由图7中的一些粗箭头所指示。
因此，将期望提供一种发光器件，其显示出足够的、期望的或改进的水平的内量子效率或光提取。将期望提供一种LED像素的单片阵列，其包括像素尺寸小于20μm、10μm或甚至5μm的阵列，同时保持这种水平的内量子效率或光提取，或者足够的、期望的或改进的像素对比度水平。
本发明发光器件500的示例在图8A和图8B中示意性示出。每个包括第一和第二掺杂半导体层501和502(其之间具有结或有源层503)，第一组和第二组电接触510和520，以及一组多个纳米结构化光学元件580。第一和第二掺杂半导体层501和502被布置用于发射处于标称发射真空波长λ0的光，该光由结或有源层503处的载流子复合产生。第一半导体层501和第二半导体层502以及结或有源层503在器件500的连续区域之上共同延伸，即，不被该连续区域内的任何沟槽分割。在一些示例中，半导体层501和502中的每一个可以包括一种或多种III-V族半导体材料，或者其合金、衍生物或混合物。在一些常见的示例中，可以采用各种掺杂的GaN型材料，或者其各种衍生物或合金；在一些其他常见的示例中，可以采用各种掺杂的GaAs型或InP型材料，或者其各种衍生物或合金。在许多常见的示例中，器件500包括一个或多个量子阱或多量子阱作为半导体层503之间的有源层503。这种有源层可以被调节以发射处于选定的标称发射真空波长λ0的光(例如，发射通常在包括λ0的大约10到50nm宽的波段中)。标称发射真空波长通常可以在电磁光谱的近UV部分、可见光部分、或近IR部分，例如，在约0.30μm和约2.5μm之间，在约0.35μm和约0.8μm之间，或者在约0.7μm和约1.7μm之间。
第一组中的一个或多个电接触510在其与第二半导体层502相对的第一表面处与第一半导体层501电接触(这意味着半导体层501位于接触510和半导体层502之间)。由于该布置，由器件500发射的光大部分通过第二半导体层502出射。每个电接触510是复合电接触，其包括对应导电层511、在对应导电层511和第一半导体层501之间的对应的基本透明的电介质层512、以及一个或多个对应的导电通孔513。本上下文中的“基本透明”指示至少在包括λ0的所发射光的波长范围内，份额足够大的光被透射，以使发光器件500根据需要、意图或期望起作用。每个接触510在器件500的连续区域内的第一半导体层510的第一表面的对应表面区域之上延伸。每个通孔513延伸穿过对应电介质层512，并在对应导电层511和第一半导体层501之间提供局部的、外接的电连接。在一些示例中，每个复合接触510的导电层511或通孔513或两者可以包括一种或多种金属或金属合金。在一些示例中，每个复合接触510的电介质层512可以包括掺杂或未掺杂的二氧化硅、一种或多种掺杂或未掺杂的金属或半导体氧化物、氮化物或氮氧化物、或其组合或混合物。复合接触510可以并且通常确实充当光学反射器，该光学反射器重定向入射光以大致朝着第二半导体层502和器件500的出射表面传播。
在一些示例中，通孔513将导电层511直接连接至第一半导体层501，并且电介质层512与半导体501直接接触。在其他示例中，每个复合电接触510进一步包括在对应电介质层512和第一半导体层510之间的对应的基本透明的电极层514；电极514与半导体层501直接接触。在这样的示例中，通过在对应导电层511和对应电极层514之间提供电连接，每个通孔513在对应导电层511和第一半导体层501之间提供电连接。用于形成电极层514的合适材料可以包括氧化铟锡、氧化铟锌、一种或多种其他透明导电氧化物、或其组合或混合物中的一种或多种。
第二组一个或多个电接触520与第二半导体层502电接触，并且可以具有任何合适的类型或布置。在一些示例中，接触520可以包括以下中的任何一个或多个，例如：(i)在与第一半导体层501相对的第二半导体层502的表面处(即，在器件500的出射表面处)的一个或多个基本透明的电极，(ii)穿过第一半导体层501和结或有源层503并与第一半导体层501和结或有源层503电绝缘的一个或多个次级通孔(未示出)，(iii)一个或多个边缘接触，或(iv)一个或多个外围面接触。
在结或有源层503处发射的光可以大致朝向器件500的出射表面传播，或大致朝向接触510传播以大致朝向器件500的出射表面被反射(如由图8A和图8B中的一些粗箭头所指示)，或可以在半导体层501和502内侧向传播(如由图8A和图8B中的较浅箭头所指示)。半导体层501和502可以充当支持垂直(即，在垂直于层501和502的方向上)限制的光学模式的波导，其中光可以侧向(即，平行于层501和502)传播。以这种支持的模式侧向传播的光是不期望的，因为它代表发射强度的损失，并且因为它可以传播到发光阵列的相邻像素中并降低像素对比度。多个纳米结构化光学元件580位于第一导电层501的第一表面(例如，如图8A中)或器件出射表面(例如，如图8B中，其中与第一半导体层501相对的第二半导体层502的表面充当出射表面)。纳米结构化光学元件580被布置成重定向以一种或多种支持的光学模式侧向传播的至少一部分光(处于标称发射真空波长λ0)，以通过第二半导体层502和器件出射表面离开器件500(如由图8A和图8B中的一些粗箭头所指示)。
电介质层512的厚度通常足够大，以便减少侧向传播模式与导电层511的空间重叠，从而减少或消除由于该层造成的吸收损耗。在一些示例中，电介质层512的厚度可以大于0.1μm、大于0.2μm、大于0.3μm或大于0.5μm；在一些示例中，电介质层的厚度可以是大约0.5μm。
出于本公开的目的，由器件500的半导体层结构支持的、具有定性相似的垂直强度分布(例如，相同数量的峰和节点)的那些传播光学模式，无论侧向传播方向或侧向强度分布如何，都应统称为支持的光学模式之中的仅一种模式。典型的常规发光器件通常具有半导体层，其之间具有结或有源层，总厚度大于5μm、7μm、10μm或甚至更大。这种厚半导体结构可以在一些实例中支持多于20个、多于30个、或者甚至更多的传播光学模式。在光在传统的相对厚的发光器件中以如此多的不同光学模式传播的情况下，使用纳米结构化光学元件实现有效的重定向是有问题的。通常，这种纳米结构化元件的尺寸、形状和布置可以仅针对几个光学模式(例如，10个或更少)同时优化。如果存在太多不同的模式，则侧向传播的光的可以被重定向以离开器件的份额存在固有的限制，因为该光的相当大的份额以未被纳米结构化光学元件有效重定向的光学模式传播。
因此，在本发明发光器件500的一些示例中，可以减少半导体层501和502及其之间的结或有源层503的总厚度，以减少由发光器件500的半导体层结构所支持的不同侧向传播模式的数量。在一些示例中，半导体层结构可以支持至多15、10、8、5或3个侧向传播光学模式。为了实现这一点，在一些示例中，第一半导体层501和第二半导体层502以及它们之间的结或有源层503的非零总厚度可以小于约5μm、小于约3μm、小于约2μm、小于约1.5μm或小于约1.0μm。随着所支持的光学模式的数量如此减少，纳米结构化光学元件580可以被优化，用于重定向以对应减少数量的光学模式传播的光，使得更高总份额的侧向传播的光可以被重定向以离开器件500。图10A示出了与总厚度为5.52μm且没有元件580的参考器件相比，具有纳米结构化光学元件580且半导体层501和502以及结或有源层503的总厚度为0.6μm和2μm的两种不同器件500的计算出的提取效率的曲线图。提取效率被绘制为半导体层501的厚度的函数(下面进一步讨论)，并且示出了较薄器件500的提取效率的显著提高。
除了提高提取效率(并因此提高总发射效率)之外，侧向传播模式数量的减少还实现了纳米结构化光学元件580的至少一定程度的优化，以实现或至少接近离开器件500的光的传播方向的期望分布(例如，以实现比许多常规发光器件的典型朗伯分布更窄的角分布)。在一些示例中，可以产生比例如通常出现的朗伯分布更窄的发射强度的角分布。通常，随着发光器件500的半导体层结构的厚度减小并且支持更少的侧向传播光学模式，可以获得更窄或更明确限定的发射角分布。
也可以通过选择第一半导体层501的厚度来提高总发射效率。类似谐振器的结构由复合接触510(其充当背侧反射器)和半导体层501和502形成，半导体层501和502之间具有结或有源层503。适当调整结或有源层503在该类似谐振器的结构内的位置(通过选择层501和502的相对厚度)，可以导致器件的Purcell因子的增强和器件500的内量子效率(即，注入的电荷载流子被转换成在结或有源层503处发射的光子的份额)的伴随增加。对于与图10A中相同的三个器件，计算的Purcell因子作为半导体层501厚度的函数绘制在图10B中。计算出的提取效率和计算出的Purcell因子的乘积绘制在图10C中，并且示出了本发明的器件500的总发射效率的明显提高，其中半导体层结构和纳米结构化光学元件580的厚度减小。在本发明器件500的一些示例中，半导体层510的非零厚度可以小于约1.0μm、小于约0.8μm、小于约0.5μm或小于约0.3μm，并且可以被选择以产生足够的、期望的或改进的提取效率、内量子效率、Purcell因子或总发射效率。在一些示例中，半导体层501可以是p型掺杂的半导体层，而半导体层502可以是n型掺杂的半导体层。
虽然图8A和图8B示出了多个分立接触510，但上述发明布置及其优点适用于单个连续发光器件500，以提供改善或增强的发射效率或发射方向性。然而，当如图8A和图8B中所示实施以在器件500上形成独立发光像素的阵列时，可以实现额外的优点。在本发明发光器件500的一些示例中，电接触510可以包括多个独立的复合电接触510。这里的“独立”指示在不同的复合接触510之间没有直接的导电路径；在这样的示例中，不同接触510之间的唯一连接是间接的，例如，通过两个不同的接触510都连接到半导体层501，或者都通过单独的迹线或互连238连接到公共驱动电路302。在一些示例中，每个复合接触510可以连接到与连接到至少一个其他复合接触510的对应迹线或互连238不同的单个对应的迹线或互连238(即，存在至少两组独立的接触510)。在一些示例中，每个复合接触510可以连接到与连接到任何其他复合接触510的对应迹线或互连238不同的单个对应的迹线或互连238(即，每一个接触510独立于每一个其他接触510)。
每个独立接触510位于半导体层501的对应表面区域(即接触区域)上，该表面区域为分立的、外接的表面区域，通过接触510之间的间隙与所有其他复合接触510的外接表面区域分隔。每个接触区域限定了本发明发光器件500的对应的分立像素区域；由于从电极510通过半导体层501流到结或有源层503的电流的侧向扩散以及发射的输出光的侧向传播，像素面积通常可以比对应的接触面积稍大。尽管图8A和图8B仅示出了限定三个对应像素区域的三个接触510，但是本发明发光器件500可以包括限定器件的对应像素区域的任何合适数量或布置的接触510，例如处于大约101、102、103、104量级或更多的接触510。相邻接触510的对应导电层511可以通过真空、空气或惰性气体，或者通过它们之间的间隙中的液体或固体电绝缘材料彼此分隔，使得基本上防止了相邻复合接触510之间的直接导电。如果接触510包括对应的透明电极层514，那么它们也可以通过真空、空气、惰性气体或通过液体或固体电绝缘材料彼此分隔。
以一种或多种光学模式侧向传播的发射的光可能从发射光的像素区域传播到不同的像素区域。如果这种发射的光从该不同的像素区域离开器件500，则器件500的像素对比度会降低。该组多个纳米结构化光学元件580可以被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过半导体层502离开器件500的光中，(i)至少指定的最小份额的出射光从其被发射的像素区域出射，(ii)至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开器件，或者(iii)从发射像素区域出射的光的份额与从一个或多个相邻像素区域出射的光的份额的对比度超过指定的最小对比度。
因此，除了提高器件500的总提取效率之外，纳米结构化光学元件580还可以布置成提供给定像素区域中发射的侧向传播光的重定向，以从该像素区域离开器件500，从而即使没有任何沟槽或其他结构将半导体层501、结或有源层503或半导体层502的对应区域分开，也可以在相邻像素区域之间提供对比度。如上所述，通常通过蚀刻形成的这种沟槽不可避免地包括缺陷位点，这些缺陷位点导致非辐射载流子复合以及伴随的内量子效率的降低。这种非辐射复合所损失的驱动电流的份额随着像素面积的减小而增加，像素面积的减小是二次方的，而像素周长(蚀刻缺陷所在的位置)只是线性减小。使用分立接触510和纳米结构化光学元件580限定不同的分立像素区域，同时半导体层501和502以及它们之间的结或有源层503在器件500的连续区域之上保持共同延伸，消除了非辐射复合的来源。此外，当省略了与形成像素间沟槽相关的制造步骤时，发光器件500的制造可以更简单、更便宜并且产量更高。
在一些示例中，每个电极区域的非零横向尺寸(即最大横向尺寸，例如矩形或三角形接触的最长边、圆形接触的直径、椭圆形接触的长轴、等等)可以小于约0.1mm、小于约0.05mm、小于约0.02mm、小于约0.01mm、小于约0.005mm、小于约0.003mm或小于约0.002mm。在一些示例中，相邻复合电接触510之间的非零分隔可以小于约0.1mm、小于约0.05mm、小于约0.02mm、小于约0.01mm、小于约0.005mm、小于约0.003mm或小于约0.002mm。在一些示例中，特别是对于较小的接触510，相邻接触510之间的分隔可以约等于它们的横向尺寸。相邻接触510之间没有最小要求的分隔(除了分隔必须足够大，使得相邻的独立接触510之间没有直接的电接触)。
如上所述，半导体层501和502以及它们之间的结或有源层503的总厚度的减小减少了器件500的半导体层结构所支持的侧向传播光学模式的数量，使得纳米结构化光学元件580可以更有效地优化，以重定向这种侧向传播的光，从而通过半导体层502离开器件500。除了如上所述的提高的提取效率之外，更有效的优化还减少或基本上消除了发射的光侧向传播到相邻像素区域中。因为到达不同像素区域的任何光不一定被发射像素区域内的纳米结构化光学元件580非常有效地重定向，所以它也不太可能在任何其他像素区域中被如此重定向，并且因此降低像素区域之间的对比度的可能性较小。
在一些示例中，多个纳米结构化光学元件580的布置可以导致每个像素区域内发射的光的至少指定的最小份额从该像素区域离开器件500。在这些示例中的一些中，指定的最小份额可以大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、大于约98％或大于约99％。在一些示例中，多个纳米结构化光学元件580的布置可以导致在每个像素区域内发射的光从其他不同的像素区域离开器件500的至多指定的最大份额。在这些示例中的一些中，指定的最大份额可以小于约50％、小于约25％、小于约10％、小于约5％、小于约2％或小于约1％。在一些示例中，多个纳米结构化光学元件580的布置可以导致从发射光的像素区域出射的光的份额与从一个或多个相邻像素区域出射的光的份额的对比度超过指定的最小对比度。在这些示例中的一些中，指定的最小对比度大于约20:1、大于约50:1、大于约100:1、大于约200:1或大于约500:1。
器件500的半导体层结构的减小的厚度可以以其他方式增强相邻像素区域之间的对比度。半导体层501厚度的减小导致在到达结或有源层503之前经由接触510注入的驱动电流的侧向扩散更小。因此，注入一个像素区域中的电流泄漏不太可能导致来自相邻像素区域的辐射复合和光发射。p型半导体层501的通常较低的电导率可以增强该效果。此外，通常朝向接触510或器件500的出射表面传播但偏离法线的光在遇到表面(反射的或透射的)之前行进较小的侧向距离，并且因此与具有较厚半导体层的器件相比，更可能在发射光的像素区域内或附近离开器件500。
在一些示例中(具有或不具有分立像素区域)，该组多个纳米结构化光学元件580可以位于半导体层501的第一表面处，即，靠近接触510(例如，如图8A中)。在这样的示例中，每个纳米结构化光学元件580可以被布置为突出到半导体层501中或者突出到每个复合电接触510的对应电介质层512中的一个或多个电介质材料体积(例如，如图9B-图9E中)。在一些示例中，该组多个纳米结构化光学元件580可以位于半导体层502的与半导体层501相对的表面处，即位于器件500的出射表面处(例如，如图8B中)。在这样的示例中，每个纳米结构化光学元件580可以被布置为突出到半导体层502中或者突出到半导体层502的表面上的电介质层或介质中的一个或多个电介质材料体积。在一些示例中，纳米结构化光学元件580的对应阵列可以位于这两个位置。纳米结构化光学元件580可以通过相对于标称发射真空波长λ0的元件尺寸和元件形状来表征，并且该组多个纳米结构化光学元件580可以布置为元件阵列，其特征在于相对于标称发射真空波长λ0的至少一个元件间隔。该至少一个元件间隔可以是亚波长或大于标称真空波长λ0。选择元件尺寸和元件形状以及该至少一个元件间隔，以便导致处于标称发射真空波长λ0的侧向传播的发射光的重定向，使得该光的一部分通过第二半导体层离开器件。
在一些示例中，纳米结构化光学元件580可以包括掺杂或未掺杂的二氧化硅、一种或多种掺杂或未掺杂的金属或半导体氧化物、氮化物或氮氧化物，或其组合或混合物。在一些示例中，纳米结构化光学元件580可以形成为电介质层512、半导体层501或半导体层502中的空隙。在一些示例中，纳米结构化光学元件580的电介质材料在折射率方面可以不同于每个复合电接触的对应电介质层512，或者不同于半导体层502表面上的电介质层或介质。在纳米结构化光学元件580延伸到半导体层501或502中的示例中，情况不需要如此。在一些示例中，纳米结构化光学元件的特征在于元件高度在约0.05μm和约0.5μm之间，或者元件宽度在约0.1μm和约1.0μm之间。在一些示例中，元件形状可以包括以下中的一种或多种：正圆柱形或斜圆柱形、或正椭圆柱形或斜椭圆柱形(例如，如图9B中)；正圆锥形或斜圆锥形、或正截头圆锥形或斜截头圆锥形(例如，如图9C中)；正棱锥形或斜棱锥形、或正截头棱锥形或斜截头棱锥形；正多边形棱柱或斜多边形棱柱；多面体；或者垂直、水平或同轴二聚体(例如，如图9D和图9E中)。在一些示例中，至少一个元件间隔在大约0.15μm和大约0.5μm之间，或者在大约0.18μm和大约0.4μm之间。在一些示例中，该组纳米结构化光学元件580可以布置成三角形、矩形或六边形网格，或者布置成非周期性、不规则或随机布置。图9A所示的示例包括规则六边形网格布置的正圆柱形元件580；可以采用元件580的其他合适的形状和布置。
通常，需要计算或计算机模拟来实现该组纳米结构化光学元件100的至少初步设计；在一些实例中，通过制造和表征测试器件，通过各种参数的迭代实验优化，可以实现最终设计。注意，不必完全优化的一组纳米结构化光学元件580仍然可以提供足够水平的重定向，以提供发光器件500的期望行为。这种部分优化的多组元件580落入本公开或所附权利要求的范围内。合适的纳米结构化光学元件580的示例可以在例如以下中找到，每篇文献都通过引用并入，如同在本文中完全阐述一样：(i)以Antonio Lopez-Julia和VenkataAnanth Tamma的名义于2020年6月25日公布的题为“High brightness directionaldirect emitter with photonic filter of angular momentum”的美国专利公开第2020/0200955号；(ii)以Antonio Lopez-Julia和VenkataAnanthTamma的名义于2020年12月11日提交的题为“Light-emitting device assembly with light redirection orincidence-angle-dependent transmission through an escape surface”的美国非临时申请第17/119528号；(iii)Li等人,"All-Dielectric Antenna Wavelength Router withBidirectional Scattering of Visible Light",Nano Letters,164396(2016)；(iv)Shibanuma等人,"Experimental Demonstration ofTunable Directional ScatteringofVisible Light from All-Dielectric Asymmetric Dimers",ACS Photonics,4489(2017)；(v)Wierer等人,"InGaN/GaN quantum-well heterostructure light-emittingdiodes employing photonic crystal structures",Applied Physics Letters,843885(2004)；和(vi)Wierer等人,Nature Photonics,3163(2009)。
在一些示例中，发光器件500的出射表面可以包括与半导体层501相对的半导体层502表面上的抗反射涂层。可以采用任何合适的抗反射涂层，例如单个四分之一波长层、多层电介质堆叠、所谓的蛾眼结构、等等。
本发明发光器件500可以连接至驱动电路302，该驱动电路302通过对应的电迹线或互连238连接至第一组和第二组接触510/520。将独立接触510连接到驱动电路302的迹线或互连238本身也是彼此独立的(如上定义的“独立”)。注意，在一些示例中，多个接触510可以连接到单个公共迹线或互连238；在这种实例中，那些共同连接的接触510共同作为单个接触，其独立于没有连接到相同迹线238的其他接触510。或许更典型地，在一些示例中，每个接触510及其对应的像素区域可以连接到(独立于所有其他迹线或互连的)迹线或互连238，使得每个像素区域可以独立于任何其他像素区域进行寻址。驱动电路302可以以任何合适的方式布置，并且可以包括任何合适的组件或电路元件集合，包括但不限于模拟组件、数字组件、有源组件、无源组件、ASIC、计算机组件(例如，处理器、存储器或存储介质)、模数转换器或数模转换器、等等。驱动电路302提供流经器件500的电驱动电流，并使其发射光。驱动电路302可以被进一步构造和连接，使得(i)电驱动电流的对应部分作为对应的像素电流流过一个或多个接触510及其对应的像素区域，以及(ii)每个像素电流幅度可以不同于至少一个其他像素区域或任何其他像素区域的对应像素电流幅度。换句话说，像素电流幅度在不同的接触510和对应的像素区域之间可以不同，并且那些像素电流幅度的空间分布确定了跨本发明器件500的不同像素区域的发光强度的空间分布。
一种使用本发明发光器件500的方法包括：(A)选择像素电流幅度的第一指定空间分布；以及(B)操作驱动电路302以向器件500的接触510提供像素电流幅度的第一指定空间分布，使其根据跨器件500的发光强度的对应第一空间分布发射光。该方法可以进一步包括：(C)选择不同于像素电流幅度的第一指定空间分布的像素电流幅度的第二指定空间分布；以及(D)操作驱动电路302以向器件500的接触510提供像素电流幅度的第二指定空间分布，使其根据跨器件500的发光强度的对应第二空间分布发射光，该第二空间分布不同于发光强度的第一空间分布。
一种用于制造本发明发光器件500的方法包括：(A)形成第一半导体层501和第二半导体层502，其之间具有结或有源层503；(B)形成与第一半导体层501电接触的第一组一个或多个电接触510；以及(C)形成与第二半导体层502电接触的第二组一个或多个接触520。该方法可以进一步包括：(C)形成连接到接触510和520的一个或多个迹线或互连238，以及(D)使用迹线或互连238将驱动电路302连接到发光器件500。
除前述内容外，以下示例实施例落在本公开或所附权利要求的范围内。
示例1。一种半导体发光器件，包括：(a)第一和第二掺杂半导体层，其被布置用于发射处于标称发射真空波长λ0的光，该光由第一半导体层和第二半导体层之间的结或有源层处的载流子复合产生，第一半导体层和第二半导体层以及结或有源层在器件的连续区域之上共同延伸；(b)第一组一个或多个电接触，其在第一半导体层的与第二半导体层相对的第一表面处与第一半导体层电接触，第一组中的每个电接触是复合电接触，其包括(i)在器件的连续区域内的第一半导体层的第一表面的对应表面区域之上延伸的对应导电层，(ii)在对应导电层和第一半导体层之间的对应的基本透明的电介质层，以及(iii)穿过对应电介质层的一个或多个对应的导电通孔，每个通孔在对应导电层和第一半导体层之间提供局部的、外接的电连接；(c)与第二半导体层电接触的第二组一个或多个电接触；以及(d)一组多个纳米结构化光学元件，其布置在第一半导体层的第一表面处或与第一半导体层相对的第二半导体层的表面处，以便重定向以由第一半导体层和第二半导体层支持的一种或多种选择的光学模式侧向传播的处于标称发射真空波长λ0的光的至少一部分，以通过第二半导体层离开器件。
示例2。根据示例1所述的半导体发光器件，每个复合电接触进一步包括在对应电介质层和第一半导体层之间并且与第一半导体层电接触的对应的基本透明的电极层，每个通孔通过在对应导电层和对应电极层之间提供电连接而在对应导电层和第一半导体层之间提供电连接。
示例3。根据示例1所述的器件，(i)第一组一个或多个电接触包括多个独立的复合电接触，其中第一半导体层的第一表面的每个对应的表面区域是与器件的所有其他复合接触的外接表面区域分隔的分立的、外接的表面区域，以便限定发光器件的对应的分立像素区域；并且(ii)该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过第二半导体层离开该器件的光中，(i)至少指定的最小份额的出射光从该像素区域出射，(ii)至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开该器件，或者(iii)从该像素区域出射的光的份额与从一个或多个相邻像素区域出射的光的份额的对比度超过指定的最小对比度。
示例4。根据示例3所述的器件，多个复合接触的导电层通过电绝缘材料彼此分隔，使得基本上防止了相邻复合接触之间的直接导电。
示例5。根据示例1所述的半导体发光器件，每个复合电接触进一步包括在对应电介质层和第一半导体层之间并且与第一半导体层电接触的对应的基本透明的、外接的、分立的电极层，一个或多个对应的通孔通过在对应导电层和对应电极层之间提供电连接而在对应导电层和第一半导体层之间提供电连接。
示例6。根据示例5所述的器件，多个复合接触的电极层通过电绝缘材料彼此分隔，使得基本上防止了相邻复合接触之间的直接导电。
示例7。根据示例2、5或6中任一项所述的器件，每个复合接触的电极层包括氧化铟锡、氧化铟锌、一种或多种其他透明导电氧化物、或其组合或混合物中的一种或多种。
示例8。根据示例1至7中任一项所述的器件，每个复合接触的导电层或一个或多个通孔包括一种或多种金属或金属合金。
示例9。根据示例3至8中任一项所述的器件，每个复合接触的对应电介质层包括掺杂或未掺杂的二氧化硅、一种或多种掺杂或未掺杂的金属或半导体氧化物、氮化物或氮氧化物、或其组合或混合物。
示例10。根据示例3至9中任一项所述的器件，进一步包括连接到复合接触的一组多个独立的导电迹线或互连，每个复合接触连接到与连接到至少一个其他复合接触的对应迹线或互连不同的单个对应的迹线或互连。
示例11。根据示例3至9中任一项所述的器件，进一步包括连接到复合接触的一组多个独立的导电迹线或互连，每个复合接触连接到与连接到任何其他复合接触的对应迹线或互连不同的单个对应的迹线或互连。
示例12。根据示例1至11中任一项所述的器件，(i)第一半导体层和第二半导体层以及结或有源层的非零总厚度小于约5μm、小于约3μm、小于约2μm、小于约1.5μm或小于约1.0μm，或(ii)第一半导体层的非零厚度小于约1.0μm、小于约0.8μm、小于约0.5μm或小于约0.3μm。
示例13。根据示例1至12中任一项所述的器件，每个电介质层的非零厚度大于0.1μm、大于0.2μm、大于0.3μm或大于0.5μm。
示例14。根据示例1至13中任一项所述的器件，所述第一半导体层和所述第二半导体层支持至多15、10、8、5或3个侧向传播光学模式。
示例15。根据示例1至14中任一项所述的器件，第一半导体层和第二半导体层中的每一个都包括一种或多种III-V族半导体材料、或其合金或混合物。
示例16。根据示例1至15中任一项所述的器件，第一半导体层是p型掺杂的半导体层，并且第二半导体层是n型掺杂的半导体层。
示例17。根据示例1至16中任一项所述的器件，该器件包括一个或多个量子阱或多量子阱作为第一半导体层和第二半导体层之间的有源层。
示例18。根据示例1至17中任一项所述的器件：(i)该组多个纳米结构化光学元件位于所述第一半导体层的第一表面处，其中每个纳米结构化光学元件被布置为突出到所述第一半导体层中或者突出到每个复合电接触的对应电介质层中的一个或多个电介质材料体积，并且其特征在于相对于所述标称发射真空波长λ0的元件尺寸和元件形状；(ii)该组多个纳米结构化光学元件被布置为元件阵列，其特征在于相对于标称发射真空波长λ0的至少一个元件间隔；以及(iii)元件尺寸和元件形状以及该至少一个元件间隔导致处于标称发射真空波长λ0的光的至少一部分的重定向，该光以一种或多种选择的光学模式侧向传播，以通过第二半导体层离开器件。
示例19。根据示例18所述的器件，进一步包括抗反射涂层，其在与第一半导体层相对的第二半导体层的表面上，并且其被布置成相对于在没有抗反射涂层的类似表面处的反射，减少入射在该表面上的处于标称发射真空波长λ0的所发射光的反射。
示例20。根据示例1至17中任一项所述的器件：(i)该组多个纳米结构化光学元件位于与第一半导体层相对的第二半导体层的表面处，其中每个纳米结构化光学元件被布置为突出到第二半导体层中或者突出到第二半导体层的该表面上的电介质层或介质中的一个或多个电介质材料体积，并且其特征在于相对于标称发射真空波长λ0的元件尺寸和元件形状；(ii)该组多个纳米结构化光学元件被布置为元件阵列，其特征在于相对于标称发射真空波长λ0的至少一个元件间隔；以及(iii)元件尺寸和元件形状以及该至少一个元件间隔导致处于标称发射真空波长λ0的光的至少一部分的重定向，该光以一种或多种选择的光学模式侧向传播，以通过第二半导体层离开器件。
示例21。根据示例1至20中任一项所述的器件，所述纳米结构化光学元件包括掺杂或未掺杂的二氧化硅、一种或多种掺杂或未掺杂的金属或半导体氧化物、氮化物或氮氧化物、或其组合或混合物。
示例22。根据示例1至21中任一项所述的器件，所述纳米结构化光学元件的电介质材料在折射率方面不同于每个复合电接触的对应电介质层，或者不同于与第一半导体层相对的第二半导体层的表面上的电介质层或介质。
示例23。根据示例1至22中任一项所述的器件，标称发射真空波长λ0在约0.30μm和约2.5μm之间，在约0.35μm和约0.8μm之间，或者在约0.7μm和约1.7μm之间。
示例24。根据示例1至23中任一项所述的器件，所述纳米结构化光学元件的特征在于元件高度在约0.05μm和约0.5μm之间，或者元件宽度在约0.1μm和约1.0μm之间。
示例25。根据示例1至24中任一项所述的器件，所述元件形状包括以下中的一种或多种：正圆柱形或斜圆柱形、或正椭圆柱形或斜椭圆柱形；正圆锥形或斜圆锥形、或正截头圆锥形或斜截头圆锥形；正棱锥形或斜棱锥形、或正截头棱锥形或斜截头棱锥形；正多边形棱柱或斜多边形棱柱；多面体；或者垂直、水平或同轴二聚体。
示例26。根据示例1至25中任一项所述的器件，该至少一个元件间隔在约0.15μm和约0.5μm之间，或者在约0.18μm和约0.4μm之间。
示例27。根据示例1至26中任一项所述的器件，该组纳米结构化光学元件被布置为三角形、矩形或六边形网格，或者布置为非周期性、不规则或随机布置。
示例28。根据示例3至27中任一项所述的器件，该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过第二半导体层离开器件的光中，至少指定的最小份额的出射光从该像素区域出射，并且所述指定的最小份额大于约50％、大于约75％、大于约90％、大于约95％、大于约98％或大于约99％。
示例29。根据示例3至28中任一项所述的器件，该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过第二半导体层离开器件的光中，至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开器件，并且所述指定的最大份额小于约50％、小于约25％、小于约10％、小于约5％、小于约2％或小于约1％。
示例30。根据示例3至29中任一项所述的器件，该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以标称发射真空波长λ0发射并通过第二半导体层离开器件的光中，从该像素离开的光的份额与从一个或多个相邻像素离开的光的份额的对比度超过指定的最小对比度，并且指定的最小对比度大于约20:1、大于约50:1、大于约100:1、大于约200:1、或大于约500:1。
示例31。根据示例10至30中任一项所述的器件，每个像素区域可独立于至少一个其他像素区域进行寻址。
示例32。根据示例11至31中任一项所述的器件，每个像素区域可独立于任何其他像素区域进行寻址。
示例33。根据示例3至32中任一项所述的器件，每个像素区域具有小于约0.1mm、小于约0.05mm、小于约0.02mm、小于约0.01mm、小于约0.005mm、小于约0.003mm或小于约0.002mm的非零最大横向尺寸。
示例34。根据示例3至33中任一项所述的器件，相邻复合电接触之间的非零分隔小于约0.1mm、小于约0.05mm、小于约0.02mm、小于约0.01mm、小于约0.005mm、小于约0.003mm或小于约0.002mm。
示例35。根据示例1至34中任一项所述的器件，所述第二组一个或多个电接触包括在与所述第一半导体层相对的所述第二半导体层的表面处的一个或多个基本透明的电极。
示例36。根据示例1至35中任一项所述的器件，所述第二组一个或多个电接触通过穿过所述第一半导体层和所述结或有源层并与所述第一半导体层和所述结或有源层电绝缘的一个或多个次级通孔连接到所述第二半导体层，每个次级通孔在所述第二组的对应接触和所述第二半导体层之间提供局部的、外接的电连接。
示例37。根据示例1至36中任一项所述的器件，所述第二组一个或多个电接触包括一个或多个边缘接触或一个或多个外围面接触。
示例38。根据示例10至37中任一项所述的器件，进一步包括通过电迹线或互连连接到第一组和第二组接触的驱动电路，所述驱动电路被构造和连接以便提供流经所述器件并使所述器件发射光的电驱动电流，并且被进一步构造和连接成使得(i)电驱动电流的对应部分作为对应的像素电流流过一个或多个对应的像素区域，以及(ii)每个像素电流幅度不同于该器件的至少一个其他像素区域的对应像素电流幅度。
示例39。一种使用根据示例38所述的器件的方法，该方法包括：(A)选择像素电流幅度的第一指定空间分布；(B)操作所述驱动电路以向所述器件的像素区域提供像素电流幅度的第一指定空间分布，使得所述器件根据跨所述器件的发光强度的对应第一空间分布发射光；(C)选择不同于像素电流幅度的第一指定空间分布的像素电流幅度的第二指定空间分布；以及(D)操作所述驱动电路以向所述器件的像素区域提供像素电流幅度的第二指定空间分布，使得所述器件根据跨所述器件的发光强度的对应的第二空间分布发射光，所述第二空间分布不同于发光强度的所述第一空间分布。
示例40。一种用于制造根据示例38所述的发光器件的方法，该方法包括：(A)形成第一半导体层和第二半导体层，在它们之间具有结或有源层；(B)形成与第一半导体层电接触的第一组一个或多个电接触；(C)形成与第二半导体层电接触的第二组一个或多个接触；(D)形成该组多个纳米结构化光学元件；(E)形成连接到第一组和第二组电接触的一个或多个电迹线或互连；以及(F)使用电迹线或互连将驱动电路连接到第一组和第二组电接触。
示例41。一种用于制造根据示例1至38中任一项所述的发光器件的方法，该方法包括：(A)形成第一半导体层和第二半导体层，在它们之间具有结或有源层；(B)形成与第一半导体层电接触的第一组一个或多个电接触；(C)形成与第二半导体层电接触的第二组一个或多个接触；和(D)形成该组多个纳米结构化光学元件。
本公开为说明性的、并且不是限制性的。鉴于本公开，进一步的修改对于本领域技术人员来说将是清楚的，并且旨在落入本公开或所附权利要求的范围内。意图是所公开的示例实施例和方法的等同物或其修改应当落入本公开或所附权利要求的范围内。
在前述具体实施方式中，出于精简公开内容的目的，可以将若干示例实施例中的各种特征组合在一起。这种公开的方法不应被解释为反映以下意图：任何要求保护的实施例需要比对应权利要求中明确列举的更多的特征。反而，如所附权利要求所反映的，发明主题可以在于(lie in)少于单个公开的示例实施例的所有特征。因此，本公开应当被解释为隐含地公开了具有一个或多个特征的任何合适子集的任何实施例，这些特征在本申请中被示出、描述或要求保护，所述任何合适子集包括可能未在本文中明确公开的那些子集。特征的“合适”子集仅包括相对于该子集的任何其他特征既不不兼容也不互斥的特征。因此，所附权利要求由此以其整体并入具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独公开的实施例。此外，所附从属权利要求中的每一个应当被解释为仅仅是为了通过所述将权利要求并入具体实施方式中进行公开的目的，就好像以多个从属形式写成并且从属于与其不矛盾的所有前述权利要求。还应注意，所附权利要求的累积范围可以但不一定涵盖本申请中公开的全部主题。
以下解释应当适用于本公开和所附权利要求的目的。除非另有明确陈述，否则词语“包括”、“包含”、“具有”及其变体无论在何处出现都应被理解为开放式术语，其含义如同在其每个实例之后附加了诸如“至少”之类的短语一样。冠词“一个”应被解释为“一个或多个”，除非“仅一个”、“单个”或其他类似的限制在特定上下文中被明确陈述或隐含；类似地，冠词“该”应被解释为“……中的一个或多个”，除非“……中仅一个”、“……中的单个”或其他类似的限制在特定的上下文中被明确地陈述或隐含。连词“或”应被解释为包含性的，除非：(i)它以其他方式明确陈述，例如，通过使用“或…或…”、“……中仅一个”或类似的语言；或者(ii)所列出的替代方案中的两个或更多个被理解或公开(隐含地或明确地)为在特定上下文中不兼容或互斥。在后一种情况下，“或”将被理解为仅涵盖涉及非互斥替代方案的那些组合。在一个示例中，“狗或猫”、“狗或猫中的一只或多只”以及“一只或多只狗或猫”中的每一个都将被解释为没有任何猫的一只或多只狗，或者没有任何狗的一只或多只猫，或者每一种中的一只或多只。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠”、“狗、猫或老鼠中的一只或多只”和“一只或多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗，没有任何猫或老鼠，(ii)一只或多只猫，没有任何狗或老鼠，(iii)一只或多只老鼠，没有任何狗或猫，(iv)一只或多只狗以及一只或多只猫，没有任何老鼠，(v)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(vi)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(vii)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠中的两只或更多只”或“两只或更多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗以及一只或多只猫，没有任何老鼠，(ii)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(iii)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(iv)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠；“三只或更多只”、“四只或更多只”等等将被类似地解释。
出于本公开或所附权利要求的目的，当采用与数值量相关的术语——诸如“约等于”、“基本上等于”、“大于约”、“小于约”等——时，应当适用与测量精度和有效数字相关的标准惯例，除非明确阐明了不同的解释。对于由诸如“基本上防止”、“基本上不存在”、“基本上消除”、“大约等于零”、“可忽略的”等等短语描述的零量，每个这样的短语应该表示以下情况：其中所讨论的量已经减少或缩小到这样的程度，使得在所公开或要求保护的设备或方法的预期操作或用途的上下文中，为了实践目的，该设备或方法的总体行为或性能与实际上已经完全移除零量、精确等于零、或以其他方式精确为零量时将已经发生的行为或性能没有区别。
出于本公开和所附权利要求的目的，实施例、示例或权利要求的元件、步骤、限制或其他部分的任何标注(例如，第一、第二、第三等，(a)、(b)、(c)等，或(i)、(ii)、(iii)等)仅仅是为了清晰的目的，并且不应当被解释为暗示如此标注的部分的任何种类的排序或优先顺序。如果任何这样的排序或优先顺序是有意的，则它将在实施例、示例或权利要求中明确列举，或者在一些实例中，基于实施例、示例或权利要求的具体内容，它将是隐含的或固有的。在所附权利要求中，如果期望在设备权利要求中援引35USC§112(f)的规定，那么词语“装置”将出现在该设备权利要求中。如果期望在方法权利要求中援引那些规定，则词语“用于……的步骤”将出现在该方法权利要求中。反之，如果词语“装置”或“用于……的步骤”没有出现在权利要求中，那么35USC§112(f)的规定不旨在被援引用于该权利要求。
如果任何一种或多种公开内容通过引用并入本文，且此类并入的公开内容与本公开部分或全部冲突、或者与本公开在范围上不同，那么对于冲突的程度、更广泛的公开内容、或更广泛的术语定义，以本公开为准。如果此类并入的公开内容部分或全部相互冲突，那么对于冲突的程度，以较晚日期的公开为准。
按照需要提供了摘要，以帮助在专利文献内搜索具体主题的那些人。然而，摘要不旨在暗示任何特定权利要求一定涵盖其中所列举的任何元件、特征或限制。由每个权利要求所涵盖的主题的范围应该仅由该权利要求的列举来确定。

Claims (21)

1.一种半导体发光器件，包括：
第一和第二掺杂半导体层，其被布置用于发射处于标称发射真空波长λ0的光，该光由第一半导体层和第二半导体层之间的结或有源层处的载流子复合产生，所述第一半导体层和所述第二半导体层以及所述结或有源层在所述器件的连续区域之上共同延伸；
第一组一个或多个电接触，其在所述第一半导体层的与所述第二半导体层相对的第一表面处与所述第一半导体层电接触，所述第一组中的每个电接触是复合电接触，其包括(i)在所述器件的连续区域内的所述第一半导体层的第一表面的对应表面区域之上延伸的对应导电层，(ii)在所述对应导电层和所述第一半导体层之间的对应的基本透明的电介质层，以及(iii)穿过对应电介质层的一个或多个对应的导电通孔，每个通孔在所述对应导电层和所述第一半导体层之间提供局部的、外接的电连接；
与所述第二半导体层电接触的第二组一个或多个电接触；和
一组多个纳米结构化光学元件，其布置在所述第一半导体层的第一表面处或与所述第一半导体层相对的所述第二半导体层的表面处，以便重定向以由所述第一半导体层和所述第二半导体层支持的一种或多种选择的光学模式侧向传播的处于所述标称发射真空波长λ0的光的至少一部分，以通过所述第二半导体层离开所述器件。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，每个复合电接触进一步包括在所述对应电介质层和所述第一半导体层之间并且与所述第一半导体层电接触的对应的基本透明的电极层，每个通孔通过在所述对应导电层和所述对应电极层之间提供电连接而在所述对应导电层和所述第一半导体层之间提供电连接。
3.根据权利要求1所述的器件，
所述第一组一个或多个电接触包括多个独立的复合电接触，其中所述第一半导体层的第一表面的每个对应的表面区域是与所述器件的所有其他复合接触的外接表面区域分隔的分立的、外接的表面区域，以便限定所述发光器件的对应的分立像素区域，并且
该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以所述标称发射真空波长λ0发射并通过所述第二半导体层离开所述器件的光中，(i)至少指定的最小份额的出射光从该像素区域出射，(ii)至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开所述器件，或者(iii)从该像素区域出射的光的份额与从一个或多个相邻像素区域出射的光的份额的对比度超过指定的最小对比度。
4.根据权利要求3所述的半导体发光器件，所述多个复合电接触中的每一个进一步包括在所述对应电介质层和所述第一半导体层之间并且与所述第一半导体层电接触的对应的基本透明的、外接的、分立的电极层，一个或多个对应的通孔通过在所述对应导电层和所述对应电极层之间提供电连接而在所述对应导电层和所述第一半导体层之间提供电连接。
5.根据权利要求4所述的器件，多个复合接触的电极层通过电绝缘材料彼此分隔，使得基本上防止了相邻复合接触之间的直接导电。
6.根据权利要求3所述的器件，多个复合接触的导电层通过电绝缘材料彼此分隔，使得基本上防止了相邻复合接触之间的直接导电。
7.根据权利要求3所述的器件，该组多个纳米结构化光学元件被布置成使得在每个像素区域内以所述标称发射真空波长λ0发射并通过所述第二半导体层离开所述器件的光中，(i)至少指定的最小份额的出射光从该像素区域出射，并且所述指定的最小份额大于约50％，(ii)至多指定的最大份额的出射光从其他不同的像素区域离开所述器件，并且所述指定的最大份额小于约50％，或者(iii)从该像素出射的光的份额与从一个或多个相邻像素出射的光的份额的对比度超过所述指定的最小对比度，并且所述指定的最小对比度大于约20:1。
8.根据权利要求3所述的器件，每个像素区域具有小于约0.1mm的非零最大横向尺寸，或者相邻复合电接触之间的非零分隔小于约0.1mm。
9.根据权利要求3所述的器件，进一步包括连接到所述复合接触的一组多个独立的导电迹线或互连，每个复合接触连接到与连接到至少一个其他复合接触的对应迹线或互连不同的单个对应的迹线或互连。
10.根据权利要求9所述的器件，每个像素区域可独立于至少一个其他像素区域进行寻址。
11.根据权利要求9所述的器件，进一步包括通过所述电迹线或互连连接到第一组和第二组接触的驱动电路，所述驱动电路被构造和连接以便提供流经所述器件并使所述器件发射光的电驱动电流，并且被进一步构造和连接成使得(i)所述电驱动电流的对应部分作为对应的像素电流流过一个或多个对应的像素区域，以及(ii)每个像素电流幅度不同于所述器件的至少一个其他像素区域的对应像素电流幅度。
12.一种使用根据权利要求11所述的器件的方法，所述方法包括：
(A)选择像素电流幅度的第一指定空间分布；
(B)操作驱动电路以向所述器件的像素区域提供像素电流幅度的所述第一指定空间分布，使得所述器件根据跨所述器件的发光强度的对应第一空间分布发射光；
(C)选择不同于像素电流幅度的所述第一指定空间分布的像素电流幅度的第二指定空间分布；和
(D)操作所述驱动电路以向所述器件的像素区域提供像素电流幅度的所述第二指定空间分布，使得所述器件根据跨所述器件的发光强度的对应的第二空间分布发射光，所述第二空间分布不同于发光强度的所述第一空间分布。
13.根据权利要求1所述的器件，其中每个电介质层的非零厚度大于0.1μm。
14.根据权利要求1所述的器件，其中(i)所述第一半导体层和所述第二半导体层以及所述结或有源层的非零总厚度小于约5μm，或者(ii)所述第一半导体层的非零厚度小于约1.0μm。
15.根据权利要求1所述的器件，所述第一半导体层和所述第二半导体层支持至多15种侧向传播光学模式。
16.根据权利要求1所述的器件：
该组多个纳米结构化光学元件位于所述第一半导体层的第一表面处，其中每个纳米结构化光学元件被布置为突出到所述第一半导体层中或者突出到每个复合电接触的对应电介质层中的一个或多个电介质材料体积，并且其特征在于相对于所述标称发射真空波长λ0的元件尺寸和元件形状；
该组多个纳米结构化光学元件被布置成元件阵列，其特征在于相对于所述标称发射真空波长λ0的至少一个元件间隔；并且
所述元件尺寸和所述元件形状以及所述至少一个元件间隔导致处于所述标称发射真空波长λ0的光的至少一部分的重定向，所述光以一种或多种选择的光学模式侧向传播，以通过所述第二半导体层离开所述器件。
17.根据权利要求16所述的器件，进一步包括抗反射涂层，其在与所述第一半导体层相对的所述第二半导体层的表面上，并且其被布置成相对于在没有所述抗反射涂层的类似表面处的反射，减少入射在该表面上的处于所述标称发射真空波长λ0的所发射光的反射。
18.根据权利要求1所述的器件：
该组多个纳米结构化光学元件位于与所述第一半导体层相对的所述第二半导体层的表面处，其中每个纳米结构化光学元件被布置为突出到所述第二半导体层中或者突出到所述第二半导体层的该表面上的电介质层或介质中的一个或多个电介质材料体积，并且其特征在于相对于所述标称发射真空波长λ0的元件尺寸和元件形状；
该组多个纳米结构化光学元件被布置成元件阵列，其特征在于相对于所述标称发射真空波长λ0的至少一个元件间隔；并且
所述元件尺寸和所述元件形状以及所述至少一个元件间隔导致处于所述标称发射真空波长λ0的光的至少一部分的重定向，所述光以一种或多种选择的光学模式侧向传播，以通过所述第二半导体层离开所述器件。
19.根据权利要求1所述的器件，所述纳米结构化光学元件的特征在于，元件高度在约0.05μm和约0.5μm之间，元件宽度在约0.1μm和约1.0μm之间，或者至少一个元件间隔在约0.15μm和约0.5μm之间。
20.一种用于制造根据权利要求1-11或13-19中任一项所述的发光器件的方法，所述方法包括：
(A)形成第一半导体层和第二半导体层，在它们之间具有结或有源层；
(B)形成第一组一个或多个电接触；
(C)形成第二组一个或多个接触；和
(D)形成该组多个纳米结构化光学元件。
21.一种用于制造发光器件的方法，所述方法包括：
(A)形成第一半导体层和第二半导体层，在它们之间具有结或有源层，第一和第二掺杂半导体层被布置用于发射处于标称发射真空波长λ0的光，该光由所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的结或有源层处的载流子复合产生，所述第一半导体层和所述第二半导体层以及所述结或有源层在所述器件的连续区域之上共同延伸；
(B)形成第一组一个或多个电接触，其在所述第一半导体层的与所述第二半导体层相对的第一表面处与所述第一半导体层电接触，所述第一组中的每个电接触是复合电接触，其包括(i)在所述器件的连续区域内的所述第一半导体层的第一表面的对应表面区域之上延伸的对应导电层，(ii)在所述对应导电层和所述第一半导体层之间的对应的基本透明的电介质层，以及(iii)穿过对应电介质层的一个或多个对应的导电通孔，每个通孔在所述对应导电层和所述第一半导体层之间提供局部的、外接的电连接；
(C)形成与所述第二半导体层电接触的第二组一个或多个接触；和
(D)形成一组多个纳米结构化光学元件，其布置在所述第一半导体层的第一表面处或与所述第一半导体层相对的所述第二半导体层的表面处，以便重定向以由所述第一半导体层和所述第二半导体层支持的一种或多种选择的光学模式侧向传播的处于所述标称发射真空波长λ0的光的至少一部分，以通过所述第二半导体层离开所述器件。
CN202280039306.0A 2021-03-31 2022-03-23 具有纳米结构化光提取层的发光器件 Pending CN117501464A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163168637P 2021-03-31 2021-03-31
US63/168637 2021-03-31
US17/701,319 US11682752B2 (en) 2021-03-31 2022-03-22 Light-emitting device with nano-structured light extraction layer
US17/701319 2022-03-22
PCT/US2022/021484 WO2022212140A1 (en) 2021-03-31 2022-03-23 Light-emitting device with nano-structured light extraction layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117501464A true CN117501464A (zh) 2024-02-02

Family

ID=83448371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280039306.0A Pending CN117501464A (zh) 2021-03-31 2022-03-23 具有纳米结构化光提取层的发光器件

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11682752B2 (zh)
EP (1) EP4315436A4 (zh)
JP (1) JP2024512727A (zh)
KR (1) KR20230159615A (zh)
CN (1) CN117501464A (zh)
WO (1) WO2022212140A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211430B4 (de) * 2017-07-05 2019-08-08 Audi Ag Steuern eines Pixelscheinwerfers eines auf einem Fahrweg angeordneten Kraftfahrzeugs
US11682752B2 (en) * 2021-03-31 2023-06-20 Lumileds Llc Light-emitting device with nano-structured light extraction layer
US11869923B2 (en) * 2021-12-14 2024-01-09 Lumileds Llc Light-emitting array with dielectric light collection structures

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110156616A1 (en) * 2008-09-08 2011-06-30 Anderson James E Electrically pixelated luminescent device
US20120187427A1 (en) * 2005-10-28 2012-07-26 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Laminating encapsulant film containing phosphor over leds
US20120313204A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Homayoon Haddad Process Module for Increasing the Response of Backside Illuminated Photosensitive Imagers and Associated Methods
WO2013184152A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Hoya Corporation Usa Submount for electronic, optoelectronic, optical, or photonic components
JP2016086166A (ja) * 2014-10-28 2016-05-19 日亜化学工業株式会社 発光装置
CN107257085A (zh) * 2007-09-27 2017-10-17 奥斯坦多科技公司 量子光子成像器及其制造方法
US20190088820A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Glo Ab Etendue enhancement for light emitting diode subpixels
US20190273070A1 (en) * 2016-04-12 2019-09-05 Cree, Inc. High density pixelated led and devices and methods thereof
CN111129026A (zh) * 2018-10-29 2020-05-08 原子能与替代能源委员会 多色发光器件及制造这种器件的方法
CN111213243A (zh) * 2017-10-19 2020-05-29 德遁公司 超致密led投影仪
KR20200098669A (ko) * 2017-12-22 2020-08-20 루미레즈 엘엘씨 Iii-질화물 다중-파장 발광 다이오드들
US20200335661A1 (en) * 2019-04-22 2020-10-22 Lumileds Llc Led with active region disposed within an optical cavity defined by an embedded nanostructured layer and a reflector
WO2020229043A2 (de) * 2019-05-14 2020-11-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauelement, pixel, displayanordnung und verfahren

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6504180B1 (en) * 1998-07-28 2003-01-07 Imec Vzw And Vrije Universiteit Method of manufacturing surface textured high-efficiency radiating devices and devices obtained therefrom
US7592637B2 (en) * 2005-06-17 2009-09-22 Goldeneye, Inc. Light emitting diodes with reflective electrode and side electrode
WO2009010762A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-22 Photonstar Led Limited Vertical led with conductive vias
TW201044568A (en) 2009-04-20 2010-12-16 3M Innovative Properties Co Non-radiatively pumped wavelength converter
DE102012106998A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
TWI611595B (zh) * 2013-02-12 2018-01-11 El Seed Corp Led元件
CN108475715B (zh) * 2016-01-05 2020-11-03 世迈克琉明有限公司 半导体发光元件
KR102430500B1 (ko) * 2017-05-30 2022-08-08 삼성전자주식회사 반도체 발광소자 및 이를 이용한 led 모듈
KR20200045768A (ko) * 2018-10-23 2020-05-06 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR20200062863A (ko) * 2018-11-27 2020-06-04 삼성전자주식회사 디스플레이 장치 및 제조 방법
US11355480B1 (en) * 2020-01-27 2022-06-07 Facebook Technologies, Llc Micropixellation for alignment-free assembly
US11164995B2 (en) * 2020-02-20 2021-11-02 Facebook Technologies, Llc 3-D structure for increasing contact surface area for LEDs
US11462666B2 (en) * 2020-05-15 2022-10-04 Lumileds Llc Light-emitting device with configurable spatial distribution of emission intensity
US11563148B2 (en) * 2020-05-15 2023-01-24 Lumileds Llc Light-emitting device with configurable spatial distribution of emission intensity
US11682752B2 (en) * 2021-03-31 2023-06-20 Lumileds Llc Light-emitting device with nano-structured light extraction layer

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120187427A1 (en) * 2005-10-28 2012-07-26 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Laminating encapsulant film containing phosphor over leds
CN107257085A (zh) * 2007-09-27 2017-10-17 奥斯坦多科技公司 量子光子成像器及其制造方法
CN107257086A (zh) * 2007-09-27 2017-10-17 奥斯坦多科技公司 量子光子成像器及其制造方法
US20110156616A1 (en) * 2008-09-08 2011-06-30 Anderson James E Electrically pixelated luminescent device
US20120313204A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Homayoon Haddad Process Module for Increasing the Response of Backside Illuminated Photosensitive Imagers and Associated Methods
WO2013184152A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Hoya Corporation Usa Submount for electronic, optoelectronic, optical, or photonic components
JP2016086166A (ja) * 2014-10-28 2016-05-19 日亜化学工業株式会社 発光装置
US20190273070A1 (en) * 2016-04-12 2019-09-05 Cree, Inc. High density pixelated led and devices and methods thereof
US20190088820A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Glo Ab Etendue enhancement for light emitting diode subpixels
CN111213243A (zh) * 2017-10-19 2020-05-29 德遁公司 超致密led投影仪
EP3698407A1 (en) * 2017-10-19 2020-08-26 Tectus Corporation Ultra-dense led projector
KR20200098669A (ko) * 2017-12-22 2020-08-20 루미레즈 엘엘씨 Iii-질화물 다중-파장 발광 다이오드들
CN111129026A (zh) * 2018-10-29 2020-05-08 原子能与替代能源委员会 多色发光器件及制造这种器件的方法
US20200335661A1 (en) * 2019-04-22 2020-10-22 Lumileds Llc Led with active region disposed within an optical cavity defined by an embedded nanostructured layer and a reflector
WO2020229043A2 (de) * 2019-05-14 2020-11-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauelement, pixel, displayanordnung und verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
EP4315436A4 (en) 2024-05-15
JP2024512727A (ja) 2024-03-19
US20220320400A1 (en) 2022-10-06
WO2022212140A1 (en) 2022-10-06
KR20230159615A (ko) 2023-11-21
EP4315436A1 (en) 2024-02-07
US11942587B2 (en) 2024-03-26
US11682752B2 (en) 2023-06-20
US20230290920A1 (en) 2023-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022003413A (ja) 表示装置
CN117501464A (zh) 具有纳米结构化光提取层的发光器件
EP3332404B1 (en) Display device and fabricating method
US9196653B2 (en) Pixelated LED
KR102231533B1 (ko) 모놀리식 led 어레이들을 위한 입자 시스템
CN114747006B (zh) 具有包括多孔颗粒的反射侧壁的发光二极管
US11563148B2 (en) Light-emitting device with configurable spatial distribution of emission intensity
CN116806371A (zh) 像素化波长转换层
JP7485790B2 (ja) 放射強度の空間分布を設定可能な発光装置
US11869923B2 (en) Light-emitting array with dielectric light collection structures
US20230034456A1 (en) Light emitting module and display apparatus by using the same
US20220285594A1 (en) Light emitting diodes with reflective sidewalls comprising porous particles
US20230343908A1 (en) Primary optics array for a light-emitting array
WO2024006262A2 (en) Light-emitting device with reduced-area central electrode
WO2024006264A1 (en) Light-emitting device with central electrode and optical cavity
WO2024006263A1 (en) Light-emitting device with aligned central electrode and output aperture
KR20240058951A (ko) 필드 플레이트들을 포함하는 발광 다이오드들
WO2024006266A1 (en) Led array with air-spaced optics
WO2023113962A1 (en) Phosphor-converted light-emitting diode with dielectric spacer, method for operating an array of such phosphor-converted light-emitting diodes and method for making phosphor-converted light-emitting diode with dielectric spacer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination