DE102008007835A1

DE102008007835A1 - Transparenter LED-Chip

Info

Publication number: DE102008007835A1
Application number: DE102008007835A
Authority: DE
Inventors: David T. Emerson; Michael J. Bergmann; Kevin Ward Haberern
Original assignee: Cree Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2008-08-21
Also published as: US20080191224A1; JP5371252B2; US8212262B2; JP2008199012A

Abstract

Es wird eine LED angegeben, die umfasst: ein transparentes Substrat mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter, Epitaxieschichten mit Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 pro Zentimeter in den Schichten, die keine aktiven Emissionsschichten sind, eine ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht auf wenigstens einer der Epitaxieschichten, wobei die ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent aufweist, und Verbindungsfelder mit einem Reflexionsgrad von wenigstens ungefähr 70 Prozent.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft LEDs und insbesondere LEDs, die in Verbindung mit einem Leuchtstoff verwendet werden, der das Licht aus der LED wandelt, um eine Ausgabe zu erzeugen, die teilweise oder vollständig eine Kombination aus den durch die LED emittierten Frequenzen und den durch den Leuchtstoff gewandelten Frequenzen ist.
LEDs gehören zu einer Klasse von Leuchteinrichtungen, bei denen die Anlegung eines Stroms und insbesondere über einen p-n-Übergang zu Rekombinationsereignissen zwischen Elektronen und Löchern führt. Diese Ereignisse erzeugen wiederum wenigstens etwas Energie in der Form von emittierten Photonen.
Weil die Rekombinationsereignisse durch die Prinzipien der Quantenmechanik definiert und beschränkt werden, hängt die durch die Ereignisse erzeugte Energie (und damit die Anzahl der Photonen) von den Eigenschaften des Halbleitermaterials ab, in dem das Ereignis stattfindet. Dabei ist die Bandlücke des Halbleitermaterials die wichtigste Eigenschaft in Bezug auf die Leistung der LEDs. Weil die Rekombinationsereignisse zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband der Halbleitermaterialien statt finden, können sie niemals eine Energie erzeugen, die größer als die Bandlücke ist. Dementsprechend erzeugen Materialien mit kleineren Bandlücken Photonen mit einer geringeren Energie und einer niedrigeren Frequenz, während Materialien mit größeren Bandlücken Photonen mit einer größeren Energie und einer höheren Frequenz erzeugen.
LEDs besitzen wie andere Halbleiterelemente verschiedene vorteilhafte Eigenschaften. Dazu gehören allgemein die robusten physikalischen Eigenschaften, eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit, wobei LEDs aufgrund der verwendeten Materialien allgemein kostengünstig sind.
LEDs oder zumindest die Licht erzeugenden Eigenschaften von Halbleitern sind seit Jahrzehnten bekannt. Eine Veröffentlichung aus dem Jahr 1907 (H. J. Round, Electrical World 49, 309) berichtet, dass ein durch Siliciumcarbid angelegter Strom eine unerklärte Lichtemission erzeugt. Die verbreitete kommerzielle Nutzung von LEDs begann in den 1970er Jahren mit der Verwendung von niederfrequenten LEDs als Anzeigeleuchten (mit gewöhnlich roter oder gelber Farbe), wobei diese LEDs aus Materialien mit einer kleineren Bandlücke wie etwa Galliumphosphid (GaP) und Galliumarsenidphosphid (GaAsP) hergestellt wurden.
In den 1990er Jahren wurde mit der Entwicklung einer blauen LED zu einer kommerziell einsetzbaren Option das Interesse an LEDs für Beleuchtungszwecke geweckt. Unter einer „Anzeige" ist eine Lichtquelle zu verstehen, die direkt als selbstleuchtendes Objekt betrachtet wird (z. B. eine Anzeigeleuchte an einem elektronischen Gerät), während unter einer „Beleuchtung" eine Lichtquelle zu verstehen ist, die verendet wird, um andere Objekte in dem durch die Lichtquelle erzeugten Licht zu betrachten (z. B. eine Raumbeleuchtung oder eine Schreibtischlampe). Siehe das National Lighting Product Information Programm, http://www.lrc.rpi.edu/programs/NLPIP/glossary.asp (Dezember 2006).
LEDs haben breite Verwendung als Anzeigeeinrichtungen gefunden, während sie kaum für Beleuchtungszwecke etwa als Innen- oder Außenbeleuchtung, Rückbeleuchtung (z. B. für Displays), tragbare Beleuchtung (z. B. als Taschenlampe) oder Industriebeleuchtung, als signalisierende, architektonische oder landschaftliche Beleuchtung oder als Unterhaltungs- und Werbeinstallation eingesetzt werden.
Die Verfügbarkeit von blauen LEDs stellt die Grundlage für zwei Techniken zum Erzeugen von weißem Licht dar. In einer Technik werden blaue LEDs in Verbindung mit roten und grünen LEDs verwendet, um in der Kombination weißes Licht oder – wie etwa in einem Vollfarben-Display – eine beliebige andere Kombination der drei Primärfarben zu erzeugen.
In einer zweiten Technik, die breite kommerzielle Anwendung gefunden hat, wird eine blaue LED in einer Lampe mit einem gelb emittierenden Leuchtstoff kombiniert, d. h. mit einem Leuchtstoff, der das durch die LED emittierte blaue Licht absorbiert, wandelt und als gelbes Licht emittiert. Die Kombination aus dem blauen und dem gelben Licht erzeugt einen weißen Lichtton, der für viele Beleuchtungsanwendungen nützlich ist.
Obwohl die Terminologie ungenau verwendet wird, ist unter dem Wort „Diode" (oder „LED") eigentlich die zugrundeliegende Halbleiterstruktur zu verstehen, die einen p-n-Übergang enthält. Unter einer „Leuchte" ist eine gepackte Einrichtung zu verstehen, in der die Diode auf Elektroden montiert ist, die die Diode mit einer Schaltung verbinden, wobei eine Polymerlinse vorgesehen ist, die die Diode vor Umwelteinflüssen schützt und gleichzeitig die Lichtausgabe erhöht und richtet. Dennoch wird die Bezeichnung „LED" häufig verwendet, um gepackte Dioden zu bezeichnen, die korrekter als Leuchten zu bezeichnen sind (auch der umgekehrte Fall ist häufig anzutreffen). Die genaue Bedeutung der verwendeten Bezeichnungen ist aus dem Kontext zu entnehmen.
Weil die blauen Frequenzen die höchste Energie innerhalb des sichtbaren Spektrums aufweisen (während die roten Frequenzen die niedrigste Energie aufweisen), müssen sie durch relativ hochenergetische Rekombinationsereignisse erzeugt werden. Dazu ist wiederum erforderlich, dass das Halbleitermaterial eine relativ breite Bandlücke aufweist. Nutzbare Materialien für blaue LEDs und damit für weißes Licht emittierende LED-Leuchten sind also Siliciumcarbid (SiC), Nitride der Gruppe III (z. B. GaN) und Diamant.
Das Wissen und die Nutzung von Siliciumcarbid haben im Verlauf der letzten 20 Jahre stark zugenommen, wobei es sich quantentechnisch gesehen jedoch um einen indirekten Emitter handelt. Wenn also ein Rekombinationsereignis in SiC stattfindet, wird ein wesentlicher Teil der Energie in der Form von Vibrationen und nicht in der Form von Photonen emittiert. Obwohl Siliciumcarbid also blaue Photonen erzeugt, tut es dies weniger effizient als dies ein direkter Emitter tun würde.
Dementsprechend konzentriert man sich bei der Entwicklung von blauen LEDs auf die Nitridmaterialien der Gruppe III wie etwa Galliumnitrid, Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) und Indiumgalliumnitrid (InGaN). Die Nitride der Gruppe III weisen Bandlücken auf, die ausreichen, um blaue Photonen zu erzeugen, wobei es sich um direkte Emitter handelt, sodass deren Effizienz höher ist.
Für eine Beleuchtung sind jedoch größere Mengen einer Lichtausgabe erforderlich als für die Anzeige. Dabei hängt die Anzahl der durch eine Diode innerhalb einer bestimmten Zeitdauer erzeugten einzelnen Photonen von der Anzahl der in der Diode erzeugten Rekombinationsereignisse ab, wobei die Anzahl der Photonen allgemein kleiner ist als die Anzahl der Rekombinationsereignisse (d. h. nicht jedes Ereignis erzeugt ein Photon). Die Anzahl der Rekombinationsereignisse wiederum hängt von der Größe des über die Diode angelegten Stroms ab. Dabei ist die Anzahl der Rekombinationsereignisse gewöhnlich kleiner als die Anzahl der über den Übergang injizierten Elektronen. Diese elektronischen Eigenschaften können also die externe Ausgabe der Diode reduzieren.
Wenn Photonen erzeugt werden, müssen diese auch die Diode und die Leuchte verlassen können, um durch einen Betrachter wahrgenommen zu werden. Die Mehrzahl der Photonen verlässt die Leuchte ohne Schwierigkeiten, wobei eine Anzahl von wohlbekannten Faktoren ins Spiel kommt, die ein Austreten der Photonen verhindern und damit die externe Ausgabe einer LED-Leuchte reduzieren können. Dazu gehören eine interne Reflexion eines Photons, bis es erneut absorbiert und also nicht emittiert wird. Der Brechungsindex zwischen den Materialien in der Diode kann also die Richtung eines emittierten Photons ändern und dafür sorgen, dass dieses auf ein Objekt trifft, das es absorbiert. Dasselbe kann mit den gelben Photonen geschehen, die durch den Leuchtstoff emittiert werden. In einer LED-Leuchte können derartige „Objekte" das Substrat, Teile der Packung, die Metallkontaktschichten und andere Materialien oder Elemente sein, die ein Austreten des Photons aus der Leuchte verhindern.
Auch heute noch ist das Massenkristallwachstum von großen Nitridkristallen der Gruppe III problematisch. Um die dünnen, hochqualitativen Epitaxieschichten auszubilden, die p-n-Übergänge in LEDs bilden, müssen die Nitridmaterialien der Gruppe III gewöhnlich auf einem Substrat wachsen. Wenn das Substrat, wie dies in einigen Aufbauten der Fall ist, Teil der fertigen Licht emittierenden Leucht wird, kann dies zu einer verstärkten Absorption der durch den Übergang emittierten Photonen führen, wodurch die externe Quanteneffizienz der gesamten Diode reduziert wird.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass verschiedene Faktoren die externe Lichtausgabe einer LED-Leuchte reduzieren können. Dementsprechend besteht ein Bedarf für eine weitere Verbesserung zur Erhöhung der externen Ausgabe von derartigen LED-Leuchten.
Gemäß einem Aspekt gibt die Erfindung eine LED an, die umfasst: ein transparentes Substrat mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter (cm^–1) in dem blauen Bereich des Spektrums (für jeweils blaue und grüne LEDs); Epitaxieschichten mit Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 cm^–1 in den anderen Schichten, die keine aktiven Emissionsschichten sind; eine Ohmsche Kontaktschicht auf wenigstens einer der Epitaxieschichten, wobei die Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent aufweisen; und ein Verbindungsfeld auf der transparenten Ohmschen Kontaktschicht, das einen Reflexionsgrad von mehr als wenigstens ungefähr 70 Prozent aufweist.
Gemäß einem anderen Aspekt gibt die Erfindung eine LED-Leuchte an, die umfasst: einen Reflektor; einen LED-Chip, der mittels eines transparenten Klebers an dem Reflektor montiert ist, wobei der LED-Chip eine transparente Epitaxieschicht aus einem n-Nitrid der Gruppe III aufweist; eine im wesentlichen transparente p-Schicht auf der n-Nitridschicht der Gruppe III; eine transparente Stromaufweitungsschicht auf der p-Schicht; einen Ohmschen Kontakt zu der n-Schicht und einen Ohmschen Kontakt zu der p-Schicht; und einen Spiegel in Nachbarschaft zu jedem Ohmschen Kontakt, um das aus dem p-n-Übergang emittierte Licht zu dem p-n-Übergang zurück zu richten.
Gemäß einem weiteren Aspekt gibt die Erfindung eine LED an, die umfasst: eine p- und eine n-Epitaxieschicht aus einem Nitrid der Gruppe III, die einen p-n-Übergang bilden; einen Ohmschen Kontakt und ein Verbindungsfeld zu jeweils der n- und der p-Schicht; und einen Spiegel in wenigstens einem der Verbindungsfelder, wobei der Spiegel eine Fläche aufweist, die zu dem p-n-Übergang reflektiert, um durch die Diode emittierte Photoneu, die auf das Verbindungsfeld treffen, von dem Verbindungsfeld weg zu reflektieren, damit sie nicht in dem Verbindungsfeld absorbiert werden.
Die vorstehend genannten und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung und die Umsetzung derselben werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche verdeutlicht.
1 ist eine Querschnittansicht einer LED-Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf eine LED gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Seitenansicht einer LED-Leuchte gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 und 5 sind jeweils eine Draufsicht und eine Ansicht von unten auf die Diode von 3.
6 ist ein Kurvendiagramm zu der Absorption von Siliciumcarbid (SiC) in Abhängigkeit von der Wellenlänge und dem Widerstandswert.
7 ist ein Kurvendiagramm zu der Durchlässigkeit von Siliciumcarbid in Abhängigkeit von der Wellenlänge und dem Widerstandswert.
8, 9 und 10 sind schematische perspektivische Ansichten von Dioden gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erfindung Vorteile in Anwendungen bietet, in denen die Diode alleine (für ihre gewünschte Frequenz) verwendet wird oder in Verbindung mit einem Leuchtstoff verwendet wird, um das durch die Diode emittierte Licht zu wandeln. Die Erfindung löst die Probleme einer reduzierten Packungseffizienz, die entstehen, wenn das durch die LED emittierte Licht und/oder das durch den Leuchtstoff gewandelte Licht absorbiert wird.
Die Erfindung verbessert die Effizienz der blauen Emission, indem sie die Absorptionsverluste reduziert, und sieht eine Weißwandlungseffizienz vor, indem sie die Absorptionsverluste des blauen Lichts und des durch den Leuchtstoff emittierten Lichts reduziert.
Die Erfindung bietet also allgemeine Vorteile für LED-Leuchten sowie für Anwendungen, in denen ein LED-Licht zu einer anderen Farbe gewandelt wird. Außerdem ist die Erfindung insbesondere für Anwendungen mit einer schwierigen Erstdurchgangs-Lichtextraktion oder Wandlung wie etwa in Sidelooker-Dioden-Lampen nützlich.
Die physikalischen Grundlagen von LEDS sind wohlbekannt und werden in Referenzen wie etwa Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2d Edition (1981) und Sze, Modern Semiconductor Device Physics (1998) erläutert. Praktische Anwendungen von LEDS sind ebenfalls wohlbekannt und werden in zahlreichen Referenzen wie etwa LED Lighting Systems NLPIP Lighting Answers, Volume 7, Issue 3, May 2003 und Schubert, Light Emitting Diodes (Cambridge University Press, 2003) erläutert.
Die hier zur Beschreibung der Transparenz verwendeten Begriffe sind allgemein wohlbekannt. Unter „Absorption" ist die Umwandlung der Strahlungsenergie des Lichts in einer Fläche oder einem Medium zu einer anderen Energieform wie Wärme (Vibrationen) durch eine Interaktion mit der enthaltenen Materie zu verstehen. Die Absorption entspricht der Differenz zwischen der Summe aus der reflektierten und der durchgelassenen Energie einerseits und der einfallenden Energie andererseits. Siehe zum Beispiel Lighting Design Glossary, http://www.schorsch.com/kbase/glossary/absorption.html (Dezember 2006).
Das Verhältnis zwischen dem gesamten absorbierten Strahlungs- oder Leuchtfluss zu dem einfallenden Fluss wird als „Absorptionsgrad" (oder manchmal als „Absorptionsfaktor") bezeichnet. Die Standardeinheit für den Absorptionsgrad ist Prozent oder ein Anteilsfaktor zwischen null und eins (idem).
Der „Absorptionskoeffizient" gibt den Anteil des absorbierten Lichts pro Einheitsdistanz in einem Medium an. Die Standardeinheit für den Absorptionskoeffizienten ist Anteil pro Meter bzw. – wie hier verwendet – pro Zentimeter (idem).
Der „Streukoeffizient" ist der Anteil des gestreuten Lichts pro Einheitsdistanz in einer Partikelwolke. Der Extinktionskoffizient entspricht der Summe aus dem Absorptionskoeffizienten und dem Streukoeffizienten. Wie bei dem Absorptionskoeffizienten ist die Standardeinheit des Extinktionskoeffizienten der Anteil pro Meter (idem).
Wenn die Durchlässigkeit des Lichts als ein Prozentsatz angegeben wird, ist darunter die Differenz zwischen der auf das Objekt treffenden Intensität und der Intensität des Lichts zu verstehen, das austritt, nachdem das ursprüngliche Licht durch das Objekt hindurchgegangen ist. Dabei ist unter einem transparenten Ohmschen Kontakt mit einer Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent ein Kontakt zu verstehen, bei dem wenigstens 80 Prozent der auf den Kontakt treffenden Intensität durch den Kontakt durchgelassen werden. Anders ausgedrückt werden nicht mehr als ungefähr 20 Prozent des auf den Kontakt treffenden Lichts durch den Kontakt absorbiert oder reflektiert, wiederum in Bezug auf die ursprüngliche Intensität des einfallenden Lichts.
Allgemein sind die oben definierten Materialeigenschaften Funktionen von verschiedenen Faktoren wie etwa der Wellenlänge des Lichts, des Einfallswinkels des Lichts auf die betreffende Fläche und der Reinheit des betreffenden Materials. Zum Beispiel kann ein Material eine höhere Absorption im blauen Bereich des Spektrums aufweisen als im grünen Bereich des Spektrums. Entsprechend kann ein reines Material eine höhere oder niedrigere Absorption aufweisen als ein weniger reines Material. 6 und 7 zeigen jeweils den Absorptionskoeffizienten des Lichts in SiC in Abhängigkeit von dem Widerstandswert und der Wellenlänge und die Durchlässigkeit von Siliciumcarbid (SiC) bei einer bestimmten Dicke. Das Beispiel nimmt auf SiC Bezug, wobei die gezeigten allgemeinen Eigenschaften jedoch auch für andere Materialien wie etwa ungewollt dotiertes, n-dotiertes und p-dotiertes Aluminiumgalliumindiumnitrid gelten.
1 zeigt eine LED gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Kontext einer LED-Leuchte. Die Leuchte ist allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben, und die LED ist allgemein durch das Bezugszeichen 12 angegeben. In einer ersten Ausführungsform umfasst die Diode 12 ein transparentes Substrat 13 mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter (4 cm^–1) in dem blauen Bereich des Spektrums oder weniger als 2 cm^–1 in dem grünen Bereich des Spektrums. In beispielhaften Ausführungsformen ist der Absorptionskoeffizient kleiner als 1 cm^–1 in den grünen und blauen Bereichen des Spektrums. Siliciumcarbid ist ein beispielhaftes Material für das Substrat, wobei es sich um ein Siliciumcarbid, das kompensierend dotiert wurde, um farblos zu sein (z. B. US-Patent Nr. 5,718,760 ), oder um ein Siliciumcarbid handeln kann, das ausreichend rein ist, um farblos zu sein (z. B. US-Patent Nr. 5,723,391 ). Der Inhalt beider Patente ist hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen.
6 und 7 zeigen die Eigenschaften von Siliciumcarbidsubstraten, einschließlich von solchen, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind. 6 zeigt, dass der Absorptionskoeffizient von Siliciumcarbid bei einem niedrigen Widerstandswert am höchsten ist und mit einem höheren Widerstandswert abnimmt. In den grünen Frequenzen (d. h. die 520-Nanometer-Linie in 6) kann der Absorptionskoeffizient bei weniger als 2 cm^–1 gehalten werden, indem der Widerstandswert von Siliciumcarbid über 0,05 Ohm-Zentimeter (Ω-cm) gehalten wird. In den blauen Frequenzen (d. h. die 453- und 463-Nanometer-Linien in 6) kann der Absorptionskoeffizient bei weniger als 4 cm^–1 bei einem Widerstandswert von ungefähr 0,07 oder höher gehalten und auf ungefähr 2 cm^–1 bei einem Widerstandswert von ungefähr 0,12 Ω-cm oder höher reduziert werden.
Allgemein gesprochen und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Grenzen willkürlich und nicht exakt zu ziehen sind, liegen die blauen Frequenzen allgemein zwischen 445 und 470 Nanometer, liegen die grünen Frequenzen zwischen ungefähr 510 und 540 Nanometer und liegen die relevanten Teile der ultravioletten Frequenzen zwischen ungefähr 395 und 415 Nanometer.
7 zeigt die Durchlasseigenschaften von Siliciumcarbidsubstraten. Die dunkelste, hohe Linie gibt die theoretische Durchlässigkeit von Licht bei den auf der x-Achse aufgetragenen Wellenlängen an, wobei keine Absorption angenommen wird. Die unteren drei Linien geben jeweils die Durchlässigkeit von halbisolierendem Siliciumcarbid, Siliciumcarbid mit einem Widerstandswert von 0,06 Ω-cm und Siliciumcarbid mit einem Widerstandswert von 0,12 Ω-cm an. Das Kurvendiagramm zeigt, dass die Durchlassfähigkeiten von Siliciumcarbid mit einem niedrigeren Widerstandswert in den blauen und gründen Bereichen des sichtbaren Spektrums wesentlich abnehmen.
Dementsprechend bieten die Informationen von 6 und 7 (die allgemein aus dem Stand der Technik verfügbar sind) dem Fachmann eine Anzahl von Möglichkeiten für das Kombinieren eines niedrigen Absorptionskoeffizienten mit einer relativ hohen Durchlässigkeit für das Siliciumcarbidsubstrat in einem gewünschten Wellenlängenbereich.
Es kann auch ein Saphir mit den erforderlichen Durchlässigkeitsparametern erzeugt und zu einem geeigneten Substrat für die vorliegende Erfindung ausgebildet werden.
Andere transparente Materialien sind Zinkoxid, Spinell, Magnesiumoxid und Nitride der Gruppe III, wobei die Nitride der Gruppe III jedoch wie weiter oben erwähnt als Massenkristallen für den Einsatz als Substrat weniger leicht verfügbar sind.
Die Diode 12 umfasst Epitaxieschichten 14 und 15 auf dem Substrat 13. In der Ausführungsform von 1 ist die erste Schicht 14 auf dem Substrat 13 vom n-Typ und ist die zweite Schicht 15 vom p-Typ. Eine Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht 16 ist auf der p-Epitaxieschicht 15 vorgesehen und weist eine Durchlässigkeit von wenigstens 80 Prozent auf. Ein anderer Ohmscher Kontakt 18 ist an der n-Epitaxieschicht 14 ausgebildet. Weil in einer Diode dieses Typs der Kontakt zu der n-Schicht gewöhnlich viel kleiner als der Kontakt zu der p-Schicht sein kann (aus weiter unten erläuterten Gründen), muss der Ohmsche Kontakt 18 nicht transparent sein, kann aber optional transparent sein.
In beispielhaften Ausführungsformen sind die Epitaxieschichten aus dem Nitridmaterialsystem der Gruppe III ausgebildet. Die Nitridmaterialien der Gruppe III werden allgemein durch Formeln wie AlGa_1-xN und In_xGa_1-xN wiedergegeben, wobei Galliumnitrid (GaN) und Indiumgalliumnitrid (InGaN) am häufigsten für die aktiven Schichten verwendet werden. Weil insbesondere die Bandlücke von Indiumgalliumnitrid auf der Basis des Atomanteils von Indium kontrolliert werden kann, werden InGaN-Schichten häufig für die aktive Schicht und für Emissionszwecke bevorzugt. Die vorliegende Erfindung umfasst Dioden aus Nitrid der Gruppe III, die in dem blauen Teil, in dem grünen Teil und in dem ultravioletten Teil des Spektrums emittieren.
Insbesondere werden die Epitaxieschichten aus einem Nitrid der Gruppe III entsprechend kontrolliert, um sicherzustellen, dass der Absorptionskoeffizient kleiner als 500 pro Zentimeter ist oder bleibt. Eine Ausnahme besteht darin, dass bestimmte Schichten wie etwa Quantentöpfe notwendigerweise absorbieren, sodass derartige Schichten die 500 cm^–1 nicht erfüllen zu brauchen. Alle Schichten aus Nitrid der Gruppe III, durch die Licht hindurchgeht und in denen kein Licht erzeugt wird, erfüllen den erforderlichen Absorptionskoeffizienten von 500 cm^–1.
Allgemein ist das Wachstum von Epitaxieschichten aus Nitrid der Gruppe III auf Substraten wie etwa Siliciumcarbid oder Saphir aus dem Stand der Technik bekannt. Eine beispielhafte Technik hierfür ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Die Transparenz derartiger Schichten kann erhöht werden, indem diese mit vergleichsweise höheren Temperaturen wachsen gelassen werden, die Hintergrundunreinheiten minimiert werden und das Verhältnis der Stickstoffquellmaterialien zu den Quellmaterialien der Gruppe III angepasst wird. Das epitaxiale Wachstum ist derart beschaffen, dass sich die besten Kombination dieser Faktoren von Einrichtung zu Einrichtung unterscheiden können, wobei jedoch die erforderlichen individuellen Anpassungen durch den Fachmann vorgenommen werden können, ohne dass hierfür übermäßige Experimente nötig sind.
In anderen Ausführungsformen können einzelne Epitaxieschichten Absorptionskoeffizienten von bis zu 1000 cm^–1 aufweisen, wobei die anderen Epitaxieschichten jedoch niedrigere Absorptionskoeffizienten aufweisen können, um den durchschnittlichen Koeffizienten pro Schicht auf weniger als 500 cm^–1 zu reduzieren.
Es ist zu beachten, dass die hier schematischen Diagramme vereinfacht sind, wobei die aktiven Teile der LEDs aus einem Nitrid der Gruppe III auch komplexere Strukturen wie etwa Quantentöpfe, mehrfache Quantentöpfe und Supergitterstrukturen aufweisen können. Diese Strukturen sind allgemein aus dem Stand der Technik wohlbekannt und werden in den oben genannten Referenzen erläutert, sodass hier nicht näher auf sie eingegangen wird. Weil die Gitterkonstanten der Nitride der Gruppe III sich etwas von den gewöhnlich verwendeten Substratmaterialien unterscheiden (dies betrifft insbesondere Siliciumcarbid und Saphir), können die Dioden gemäß der Erfindung auch eine oder mehrere Übergangs- oder Pufferschichten zwischen den Substraten und den gehaltenen Epitaxieschichten der Gruppe III umfassen. Derartige Pufferschichten sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben.
Die Diode 12 umfasst weiterhin entsprechende Verbindungsfelder 17 und 20, deren Reflexionsgrad zu dem Inneren der Diode hin größer als wenigstens ungefähr 70 Prozent ist, in einigen Ausführungsformen größer als 80 Prozent und in weiteren Ausführungsformen größer als 85 Prozent sein kann. Insbesondere umfassen die Verbindungsfelder 17 und 20 in beispielhaften Ausführungsformen jeweils Spiegel 21 und 22. Beispielhafte Materialien für die Spiegel sind Metalle wie etwa Aluminium (Al), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt), Chrom (Cr) oder Palladium (Pd), die auch mit anderen Schichten aus etwa Titan (Ti) und Wolfram (W) kombiniert werden können, um eine Migration der Edelmetalle (insbesondere Silber) zu anderen Teilen der Diode zu beschränken oder zu verhindern, in denen das Vorhandensein der Edelmetalle die Leistung der Diode beeinträchtigen könnte.
Der Ohmsche Kontaktteil der Kontakt- und Metallisierungsschicht 18 wird gewöhnlich aus der Gruppe gewählt, die Platin, Nickel, Gold, Zink und Kombinationen aus denselben umfasst. Alternativ hierzu kann das Material aus der Gruppe gewählt werden, die Nickeloxid (NiO), Zinkoxid (ZnO) und Indiumzinnoxid (ITO) umfasst, die jeweils für eine transparente, leitende Schicht geeignet sind, die einen hohen Prozentsatz des einfallenden Lichts durchlässt. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Ohmsche Kontaktschicht 16 eine Durchlässigkeit von wenigstens 90 Prozent und einigen Fällen von 95 Prozent aufweisen. Die Ohmsche Kontaktschicht 16 kann auch aus einer Kombination aus den aufgelisteten Metallen und transparenten Oxiden bestehen.
Die LED-Leuchte 10 umfasst weiterhin einen Reflektor 24, wobei der LED-Chip 12 mittels eines transparenten Klebers 25 wie zum Beispiel einem Epoxid an dem Reflektor 24 montiert ist. Es ist jedoch zu beachten, dass auch ein anderer geeigneter Kleber verwendet werden kann, der die mechanischen Anforderungen zum Halten des LED-Chips 12 an dem Reflektor 24 erfüllt und ansonsten den Betrieb des Chips oder der Leuchte 10 nicht stört und sich auch nicht unverhältnismäßig schnell unter der Wärme- und Lichtausgabe der Leuchte 10 zersetzt.
Der Reflektor 24 ist gewöhnlich aus einem Polymerharz wie etwa Polyamid, Polyester oder Polycarbonat ausgebildet, das ein weißes Pigment wie etwa Titandioxid (TiO₂) enthält.
Die Spiegel 21 und 22 richten das von dem p-n-Übergang emittierte Licht zurück zu dem p-n-Übergang und vermindern dadurch eine Absorption des Lichts durch die Verbindungsfelder 17 oder 20. Beispielhafte Metalle für die Spiegel sind Silber, Aluminium und Chrom.
1 zeigt außerdem, dass der Reflektor 24 gewöhnlich auf einem Leuchtensubstrat 26 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist ein externer Anodenkontakt 27 über eine schematisch als Draht 30 gezeigte Verbindung elektrisch mit dem Verbindungsfeld 17 verbunden. Entsprechend ist das Verbindungsfeld 20 über den schematisch gezeigten Draht 32 mit einem Kathodenkontakt 31 verbunden.
Aus verschiedenen Gründen wie etwa aus Umweltschutzgründen und zur Steigerung der Lichtausgabe umfasst die Leuchte 10 gewöhnlich eine Kapsel 33, die auch eine Linse für die Diode 12 und die Leuchte 10 bildet. Die Kapsel kann aus einem beliebigen, geeigneten Material besteht, das ansonsten den Aufbau oder die Funktion der anderen Elemente der Diode 12 oder der Leuchte 10 nicht stört, entsprechend robust ist und für eine angemessene Lebensdauer stabil bleibt, wenn die Wärme und das Licht aus dem Dioden-Chip 12 einwirken. Häufig werden Polymerharze als Kapselmaterialien verwendet, wobei aber auch Glas eine mögliche Alternative ist. Wegen der hohen Frequenz des durch eine Diode emittierten blauen Lichts, wird die Linse 33 häufig aus einem Polysiloxanharz ausgebildet, d. h. aus einem Polymer, das gewöhnlich als Silikon bezeichnet wird und weniger empfindlich gegenüber den blauen Frequenzen ist als einige andere Polymere.
Vielleicht am wichtigsten ist es im Kontext einer weißes Licht emittierenden Leuchte, dass das Material der Linse 33 einen dispergierten, gesetzten oder auf anderer Weise vorgesehenen Leuchtstoff 34 umfassen kann, um die durch die Diode emittierten Frequenzen zu komplementären Frequenzen zu wandeln, die gemeinsam weißes Licht erzeugen können.
In Ausführungsformen, in denen die Epitaxieschichten 14 und 15 aus einem Nitrid der Gruppe III verwendet werden, um Licht in dem blauen Teil des sichtbaren Spektrums zu erzeugen, wird der Leuchtstoff 34 gewählt, um eine komplementäre Ausgabe zu erzeugen, die zusammen mit der blauen Ausgabe aus der Diode 12 weißes Licht erzeugt. Ein beispielhafter Leuchtstoff ist ein Cäsium-dotierter YAG (Yttriumaluminiumgranat) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 10 Mikrometer.
2 ist eine Draufsicht auf die Diode 12, die im Vergleich zu 1 etwas vergrößert ist. 2 zeigt, dass wegen der allgemein niedrigen Leitfähigkeit der p-Schichten aus dem Nitrid der Gruppe III sich die den Strom aufweitende Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht 16 über einen großen Bereich der p-Epitaxieschicht 15 erstreckt. Anders ausgedrückt, hilft eine große Elektrode zu der p-Schicht dabei, eine angemessene Strommenge durch eine LED in dem Nitridmaterialsystem der Gruppe III zu führen. 2 zeigt außerdem die entsprechenden Positionen der Verbindungsfelder 17 und 20.
3 ist eine Seitenansicht der Diode gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt wiederum den Reflektor 24, das Leuchtensubstrat 25, die Linse 33 (in der Kapsel) und den Leuchtstoff 34. Im Vergleich zu der schematischen Darstellung von 1 gibt 3 das Aussehen einer kommerziellen Einrichtung wieder. Um das Packen zu unterstützen, sind die Anoden- und Kathodenkontakte auf den äußeren Teilen der Leuchte 36 bündig zu den nach oben und nach unten gerichteten Teilen des Leuchtensubstrats 26 vorgesehen.
Dementsprechend sind 4 und 5 jeweils eine Draufsicht und eine Ansicht von unten auf die Leuchte 36, die die äußeren Kontakte zeigen. 4 zeigt die Anodenkontakte auf der oberen Fläche des Substrats 24, und 5 zeigt die Kathodenkontakte 40 auf der unteren Fläche des Substrats 26. In kommerziellen Ausführungsformen können die Kathodenkontakte 40 von 5 in Verbindung mit komplementären Lötfeldern auf Leiterplatten und entsprechenden elektronischen Bauelementen verwendet werden.
8, 9 und 10 sind verallgemeinerte perspektivische Ansichten von verschiedenen Dioden, in denen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. In bestimmten kommerziellen Anwendungen weist die Diode allgemein die Form eines soliden Rechtecks auf. In 8 ist die Diode allgemein durch das Bezugszeichen 45 angegeben. Das transparente Substrat wird durch das Bezugszeichen 46 angegeben, und die Epitaxieschichten werden durch das Bezugszeichen 47 angegeben. Der transparente Ohmsche Kontakt 50 ist auf der oberen Seite der Diode 45 vorgesehen, und ein ähnlicher Ohmscher Kontakt (nicht in 8 gezeigt) ist auf der unteren Seite des leitenden Substrats 46 vorgesehen.
9 zeigt eine Diode 52, in der entsprechende Ohmsche Kontakte 53 und 54 (und assoziierte Verbindungsfeldmetalle, möglicherweise mit Spiegeln) auf der oberen Seite der Diode 52 und auf jeder der entsprechenden Epitaxieschichten 55 und 56 vorgesehen sind. Das transparente Substrat wird durch das Bezugszeichen 57 angegeben.
10 zeigt eine Diode 60, die allgemein derjenigen von 8 ähnlich ist, wobei ein oberer Ohmscher Kontakt wiederum durch das Bezugszeichen 50 angegeben wird und die schematisch gezeigten Epitaxieschichten durch das Bezugszeichen 47 angegeben werden. 10 zeigt, dass das Substrat 61 eine Form aufweisen kann, um die Lichtextraktion zu erhöhen. Verschiedene Patente und veröffentlichte Patentanmeldungen beschreiben verschiedene Formen und mögliche Verwendungszwecke von Linsenflächen. Dazu gehören die gleichzeitig anhängige Patentanmeldungen des gleichen Anmelders mit der Veröffentlichungsnummer 20060060874, der Seriennummer 11/461,018 vom 31. Juli 2006 und dem Titel „Method of Forming 3d Features for Improved Licht Extraction" sowie die eher zufällig erzeugten Merkmale, die in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung des gleichen Anmelders mit der Seriennummer 11/343,180 vom 30. Januar 2006, die als 20060186418 veröffentlicht wurde. Der Inhalt beider Patentanmeldungen ist hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei wurde eine spezifische Terminologie verwendet, die jedoch allgemein und beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen ist, wobei der Erfindungsumfang durch die Ansprüche definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5718760 [0039]
- US 5723391 [0039]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- H. J. Round, Electrical World 49, 309 [0005]
- http://www.lrc.rpi.edu/programs/NLPIP/glossary.asp (Dezember 2006) [0006]
- Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2d Edition (1981) [0032]
- Sze, Modern Semiconductor Device Physics (1998) [0032]
- LED Lighting Systems NLPIP Lighting Answers, Volume 7, Issue 3, May 2003 und Schubert, Light Emitting Diodes (Cambridge University Press, 2003) [0032]
- http://www.schorsch.com/kbase/glossary/absorption.html (Dezember 2006) [0033]

Claims

LED, die umfasst: ein transparentes Substrat (13) mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter, Epitaxieschichten (14, 15) mit Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 pro Zentimeter in den Schichten, die keine aktiven Emissionsschichten sind, und eine Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht (16) auf wenigstens einer der Epitaxieschichten (14, 15), wobei die Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent aufweist.
LED nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch Verbindungsfelder (17, 20) mit einem Reflexionsgrad, der größer als wenigstens ungefähr 70 Prozent ist.
LED nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Pufferschicht aus einem Nitrid der Gruppe III zwischen den Epitaxieschichten (15, 15) und dem transparenten Substrat (13), wobei die Pufferschicht einen Absorptionskoeffizienten von weniger als 1000 pro Zentimeter aufweist.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (13) einen Absorptionskoeffizienten von weniger als 1 pro Zentimeter aufweist.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 95 Prozent aufweist.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsfelder (17, 20) einen Reflexionsgrad von mehr als wenigstens ungefähr 90 Prozent aufweisen.
LED-Leuchte, mit: einem Sockel, einer LED (12) nach Anspruch 1 auf dem Sockel, einer Linse (33), die die Diode (12) an dem Sockel einschließt, und einem Leuchtstoff (34), das in der Linse (33) verteilt ist.
Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (33) ein Polysiloxanharz umfasst.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichten (14, 15) aus dem Nitridmaterialsystem der Gruppe III gewählt sind.
LED nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichten (14, 15) in dem blauen Bereich des sichtbaren Spektrums emittieren.
LED nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichten (14, 15) in dem grünen Bereich des sichtbaren Spektrums emittieren.
Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff (34) Frequenzen in dem blauen Bereich des sichtbaren Spektrums zu Frequenzen in dem gelben Bereich des sichtbaren Spektrums wandelt.
Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff (34) einen Cäsium-dotierten YAG umfasst.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (13) Siliciumcarbid umfasst.
LED nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch ein kompensiertes Siliciumcarbidsubstrat (13).
LED nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Dotierungsatome in dem Siliciumcarbidsubstrat (13) in derartig kleinen Mengen vorgesehen sind, dass der Absorptionskoeffizient nicht über 0,5 cm^–1 in dem grünen Bereich des Spektrums, nicht über 1 cm^–1 in dem ultravioletten Bereich des Spektrums und nicht über 2 cm^–1 in dem blauen Bereich des Spektrums gehoben wird.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der Ohmsche Kontakt aus der Gruppe gewählt ist, die Platin, Nickel, Gold, Zink und Kombinationen aus denselben umfasst, die Metallisierungsschicht aus der Gruppe gewählt ist, die Nickeloxid, Zinkoxid und Indiumzinnoxid umfasst.
LED nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht (16) ein Metalloxid umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die Nickeloxid, Zinkoxid und Indiumzinnoxid umfasst.
LED nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Verbindungsfelder (17, 20) einen Spiegel (21, 22) enthält, der aus der Gruppe gewählt ist, die Aluminium, Silber und Chrom umfasst.
LED nach Anspruch 19, weiterhin gekennzeichnet durch ein leitendes Siliciumcarbidsubstrat (13) des n-Typs und einen Ohmschen Kontakt zu dem Substrat.
LED nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch: eine p-Epitaxieschicht (15), einen Ohmschen Kontakt (16) zu der p-Epitaxieschicht (15), eine n-Epitaxieschicht (14), und einen Ohmschen Kontakt (18) zu der n-Epitaxieschicht (14).
LED-Leuchte, die umfasst: einen Reflektor (24), einen LED-Chip (12), der mittels eines transparenten Klebers an dem Reflektor (24) montiert ist, wobei der LED-Chip (12) eine transparente n-Epitaxieschicht (14) aus einem Nitrid der Gruppe III umfasst, eine im wesentlichen transparente p-Schicht (15) auf der n-Schicht (14) aus einem Nitrid der Gruppe III, eine transparente Stromaufweitungsschicht auf der p-Schicht (15), einen Ohmschen Kontakt (18) zu der n-Schicht (14) und einen Ohmschen Kontakt (16) zu der p-Schicht (15), einen Spiegel (21, 22) in Nachbarschaft zu jedem Ohmschen (16, 18) Kontakt, um ein von dem p-n-Übergang emittiertes Licht zurück zu dem p-n-Übergang zu richten.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (12) ein transparentes Substrat (13) umfasst, das aus einem isolierenden Siliciumcarbid ausgebildet ist.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, weiterhin gekennzeichnet durch ein entsprechendes Verbindungsfeld (17, 20) zu jedem der Ohmschen Kontakte (16, 18), wobei einer der Spiegel (21, 22) in jedem Verbindungsfeld (17, 20) vorgesehen ist.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Kleber ein Epoxid umfasst.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich Elektroden von dem LED-Chip (12) durch die Polymerpackung erstrecken, um die Leuchte an einer Schaltung oder einer anderen Einrichtung zu montieren.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, weiterhin gekennzeichnet durch eine Kapsel (33) über dem LED-Chip (12) in der Polymerpackung.
LED-Chip nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapsel (33) ein Polysiloxanharz umfasst.
LED-Leuchte nach Anspruch 22, weiterhin gekennzeichnet durch einen Leuchtstoff, der in der Kapsel (33) verteilt ist.
LED-Leuchte nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff Licht in den blauen Frequenzen des sichtbaren Spektrums zu Licht in den gelben Frequenzen des sichtbaren Spektrums wandelt.
LED-Leuchte nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff einen YAG umfasst.
LED, die umfasst: eine p- und eine n-Epitaxieschicht (14, 15) aus einem Nitrid der Gruppe III, die einen p-n-Übergang bilden, jeweils einen Ohmschen Kontakt (16, 18) und ein Verbindungsfeld (17, 20) zu jeder der n- und p-Schichten (14, 15), und einen Spiegel (21, 22) in wenigstens einem der Verbindungsfelder (17, 20), wobei der Spiegel (21, 22) eine Fläche aufweist, die zu dem p-n-Übergang reflektiert, um durch die Diode (12) emittierte und auf das Verbindungsfeld (17, 20) treffende Photonen von dem Verbindungsfeld (17, 20) weg zu reflektieren, damit sie nicht in dem Verbindungsfeld (17, 20) absorbiert werden.
LED nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegel (21, 22) in jedem Verbindungsfeld (17, 20) vorgesehen ist.
LED nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (21, 22) einen Reflexionsgrad von wenigstens 70 Prozent aufweist.
LED nach Anspruch 32, weiterhin gekennzeichnet durch ein Substrat (12) mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 0,5 cm^–1 in dem grünen Bereich des Spektrums, weniger als 1 cm^–1 in dem ultravioletten Bereich des Spektrums und weniger als 2 cm^–1 in dem blauen Bereich des Spektrums.
LED nach Anspruch 35, weiterhin gekennzeichnet durch ein Siliciumcarbidsubstrat (12).
LED nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Ohmsche Kontakt (16) zu der p-Schicht (15) aus der Gruppe gewählt ist, die Platin, Nickel, Gold, Zink und Kombinationen aus denselben umfasst.
LED nach Anspruch 37, weiterhin gekennzeichnet durch eine transparente Metallschicht auf dem Ohmschen Kontakt (16).
LED nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Metallschicht aus der Gruppe gewählt ist, die Nickeloxid, Zinkoxid und Indiumzinnoxid umfasst.
LED nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Metallschicht eine Durchlässigkeit von wenigstens 80 Prozent aufweist.
LED, die umfasst: einen aktiven Teil, der in dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums emittiert, ein Substrat (12) mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 0,5 cm^–1 in dem grünen Bereich des Spektrums, weniger als 1 cm^–1 in dem ultravioletten Bereich des Spektrums und weniger als 2 cm^–1 in dem blauen Bereich des Spektrums, wobei die genannten Wellenlängen den durch den aktiven Bereich emittierten Spitzenwellenlängen entsprechen, Epitaxieschichten (14, 15), die nicht zu dem aktiven Teil gehören und Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 cm^–1 in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen aufweisen, und eine Ohmsche Kontaktschicht (16) auf wenigstens einer der Epitaxieschichten (14, 15), wobei die Ohmsche Kontaktschicht (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen aufweist, ein Verbindungsfeld (17, 20), das mit wenigstens einer der Epitaxieschichten (14, 15) assoziiert ist und einen Reflexionsgrad aufweist, der größer als wenigstens ungefähr 70 Prozent in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen ist.
LED nach Anspruch 41, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Kapsel (33), die die Diode (12) bedeckt, und einen Leuchtstoff in der Kapsel (33), wobei das Substrat (13) einen Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, wobei die Epitaxieschichten (14, 15) Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 pro Zentimeter in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweisen, wobei der Ohmsche Kontakt (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens 80 Prozent in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, und wobei das Verbindungsfeld (17, 20) einen Reflexionsgrad von mehr als wenigstens ungefähr 70 Prozent in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist.
LED nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (13) einen Absorptionskoeffizienten von weniger als 2 pro Zentimeter in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen und in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, der Ohmsche Kontakt (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 90 Prozent in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen und in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, und das Verbindungsfeld (17, 20) einen Reflexionsgrad von wenigstens ungefähr 85 Prozent in den durch den aktiven Teil emittierten Spitzenwellenlängen und in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist.
LED, die umfasst: ein transparentes Substrat (13) mit einem Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter, eine Vielzahl von Epitaxieschichten (14, 15), wobei keine einzelne Epitaxieschicht (14, 15) einen Absorptionskoeffizienten von mehr als 1000 pro Zentimeter in den durch die Diode (12) emittierten Wellenlängen aufweist und wobei der Durchschnitt aller Epitaxieschichten (14, 15) kleiner als 500 pro Zentimeter in den durch die Diode (12) emittierten Wellenlängen ist, eine Ohmsche Kontaktschicht (16) zu wenigstens einer der Epitaxieschichten (14, 15), wobei die Ohmsche Kontaktschicht (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens ungefähr 80 Prozent in den durch die Diode (12) emittierten Wellenlängen aufweist, und ein Verbindungsfeld (17, 20) mit einem Reflexionsgrad von mehr als wenigstens ungefähr 70 Prozent in den durch die Diode (12) emittierten Wellenlängen.
LED nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichten (14, 15) aus dem Nitridmaterialsystem der Gruppe III gewählt sind.
LED nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxieschichten (14, 15) in Frequenzen emittieren, die aus der Gruppe gewählt sind, die ultraviolette Frequenzen und Frequenzen in den blauen und grünen Bereichen des sichtbaren Spektrums umfasst.
LED nach Anspruch 44, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Kapsel (33), die die Diode (12) bedeckt, und ein Leuchtstoff in der Kapsel (33), wobei das Substrat (13) einen Absorptionskoeffizienten von weniger als 4 pro Zentimeter in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, wobei die Epitaxieschichten (14, 15) Absorptionskoeffizienten von weniger als 500 pro Zentimeter in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweisen, der Ohmsche Kontakt (16) eine Durchlässigkeit von wenigstens 80 Prozent in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist, und das Verbindungsfeld (17, 20) einen Reflexionsgrad von mehr als wenigstens ungefähr 70 Prozent in den durch den Leuchtstoff emittierten vorherrschenden Wellenlängen aufweist.
LED nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Ohmsche Kontakt- und Metallisierungsschicht (16) ein Metalloxid umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die Nickeloxid, Zinkoxid und Indiumzinnoxid umfasst.
LED nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsfeld (17, 20) einen Spiegel (21, 22) enthält, der aus der Gruppe gewählt ist, die Aluminium, Silber und Chrom umfasst.