DE112011102506T5 - Lichtemittierende Diode mit verteiltem Bragg-Reflektor - Google Patents

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Abstract

Es wird eine lichtemittierende Diode mit verteiltem Bragg-Reflektor offenbart. Die lichtemittierende Diode umfasst eine lichtemittierende Anordnung, die auf einer ersten Fläche eines Substrats angeordnet ist, wobei die lichtemittierende Anordnung eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und eine zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnete aktive Schicht umfasst. Ein erster verteilter Bragg-Reflektor (DBR) ist auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordnet, so dass der erste DBR das von der lichtemittierenden Struktur emittierte Licht reflektiert. Der erste DBR weist ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% in Bezug auf Licht einer ersten Wellenlänge im blauen Bereich, Licht einer zweiten Wellenlänge im grünen Bereich und Licht einer dritten Wellenlänge im roten Bereich auf. Der erste DBR weist Laminatstruktur mit einer abwechselnd übereinander angeordneten SiO2-Schicht und Nb2O5-Schicht auf.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine lichtemittierende Diode und insbesondere eine lichtemittierende Diode mit verteiltem Bragg-Reflektor.
  • [Stand der Technik]
  • Auf Galliumnitrid (GaN) basierende, blaues oder ultraviolettes Licht (UV) emittierende Dioden (LEDs) finden vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Insbesondere sind verschiedene Arten von LED-Einheiten zum Emittieren von Licht mit gemischten Farben, beispielsweise von weißem Licht, für Rücklichteinheiten, im Allgemeinen für Beleuchtungsvorrichtungen und dergleichen verwendet worden.
  • Da die optische Leistung der LED-Einheit von der Lichtausbeute einer LED abhängt, beschäftigten sich zahlreiche Untersuchungen mit der Entwicklung von LEDs mit verbesserter Lichtausbeute. Zum Beispiel kann auf der Unterseite eines transparenten Substrats, wie zum Beispiel ein Saphirsubstrat zur Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz der LED ein metallischer Reflektor ausgebildet werden.
  • 1 zeigt das Reflexionsvermögen eines Saphirsubstrats mit einer auf dessen Unterseite gebildeten Aluminiumschicht.
  • Unter Bezugnahme auf 1 zeigt ein Saphirsubstrat ohne Aluminiumschicht ein Reflexionsvermögen von ungefähr 20%, wohingegen das Saphirsubstrat mit einer Aluminiumschicht ein Reflexionsvermögen von ungefähr 80% über das gesamte sichtbare Spektrum hinweg zeigt.
  • 2 zeigt ein Reflexionsvermögen eines Saphirsubstrats mit einem verteilten Bragg-Reflektor, der durch abwechselndes Übereinanderschichten von TiO2/SiO2 auf der Substratunterseite gebildet wurde.
  • Bei Bildung des Substrats mit dem verteilten Bragg-Reflektor anstelle der Aluminiumschicht zeigt das Substrat ein Reflexionsvermögen von annähernd 100% für Licht im blauen Wellenlängenbereich, zum Beispiel in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm und mit einem Maximum bei einer Wellenlänge von 460 nm, wie in 2 gezeigt ist.
  • Jedoch kann der verteilte Bragg-Reflektor nur in bestimmten Bereichen des sichtbaren Spektrums das Reflexionsvermögen erhöhen und kann in anderen Bereichen ein signifikant geringeres Reflexionsvermögen zeigen. Anders gesagt nimmt, wie in 2 gezeigt ist, das Reflexionsvermögen schnell bei einer Wellenlänge von ungefähr 520 nm oder mehr ab und beträgt bei einer Wellenlänge von 550 nm oder darüber weniger als 50%.
  • Wird eine LED mit verteiltem Bragg-Reflektor zum Emittieren von weißem Licht auf einer LED-Einheit angebracht, kann dementsprechend der verteilte Bragg-Reflektor der LED ein hohes Reflexionsvermögen in Bezug auf Licht, das von der LED im Wellenlängenbereich von blauem Licht emittiert wird, aufweisen aber keine wirkungsvollen Reflexionseigenschaften bezüglich Licht in den Wellenlängenbereichen von grünem und/oder rotem Licht aufweisen, wodurch eine Verbesserung in der Lichtemissionseffizienz der LED-Einheit eingeschränkt wird.
  • Ein GaN-basierter Halbleiter weist einen Brechungsindex von ungefähr 2,4 auf. Dementsprechend kann es einen Unterschied im Brechungsindex zwischen dem GaN-basierten Halbleiter und der umgebenden Luft oder einer Harzformmasse geben, so dass das in der aktiven Schicht erzeugte Licht von der Halbleiterschicht eingefangen werden kann und aufgrund der inneren Totalreflexion an einer dazwischenliegenden Grenzfläche nicht nach außen emittiert wird.
  • [Offenbarung der Erfindung]
  • [Technische Aufgabe]
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine LED für eine LED-Einheit zum Emittieren von Licht mit gemischten Farben, zum Beispiel von weißem Licht bereit.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine LED zur Verbesserung der Lichtemissionseffizienz einer LED-Einheit bereit.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine LED bereit, um einen optischen Verlust innerhalb der LED zu verhindern, wenn das Licht von außerhalb der LED in die LED eintritt.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine LED bereit, um den durch innere Totalreflexion verursachten optischen Verlust zu verhindern.
  • Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt und werden zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Anwendung der Erfindung erfahren werden.
  • [Technische Lösung]
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine lichtemittierende Diode bereit, die eine auf einer ersten Fläche eines Substrats angeordnete lichtemittierende Anordnung umfasst, wobei die lichtemittierende Anordnung eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine aktive Schicht, die zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, umfasst. Die lichtemittierende Diode umfasst einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten ersten verteilten Bragg-Reflektor, so dass der erste verteilte Bragg-Reflektor das von der lichtemittierenden Anordnung emittierte Licht reflektiert. Der erste verteilte Bragg-Reflektor weist ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% bezüglich Licht einer ersten Wellenlänge im blauen Wellenlängenbereich, Licht einer zweiten Wellenlänge im grünen Wellenlängenbereich und Licht einer dritten Wellenlänge im roten Wellenlängenbereich auf. Der erste verteilte Bragg-Reflektor weist eine Laminatstruktur auf, wobei abwechselnd eine SiO2-Schicht und eine Nb2O5-Schicht übereinander angeordnet sind.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung offenbart ebenfalls eine lichtemittierende Diode, die eine auf einer ersten Fläche eines Substrats angeordnete lichtemittierende Anordnung umfasst, wobei die lichtemittierende Anordnung eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnete aktive Schicht umfasst. Die lichtemittierende Diode umfasst eine auf der lichtemittierenden Anordnung angeordnete Isolierschicht, einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten verteilten Bragg-Reflektor, so dass der verteilte Bragg-Reflektor das von der lichtemittierenden Anordnung emittierte Licht reflektiert, und eine reflektierende Metallschicht, wobei der verteilte Bragg-Reflektor zwischen dem Substrat und der reflektierenden Metallschicht angeordnet ist. Der verteilte Bragg-Reflektor weist ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% bezüglich Licht einer ersten Wellenlänge im blauen Wellenlängenbereich, Licht einer zweiten Wellenlänge im grünen Wellenlängenbereich und Licht einer dritten Wellenlänge im roten Wellenlängenbereich auf.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart ebenfalls eine lichtemittierende Diode, die ein Substrat, ein auf einer ersten Fläche des Substrats angeordneten Lichtemitter und einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten Reflektor umfasst, so dass der Reflektor das von dem Lichtemitter emittierte Licht reflektiert. Der Reflektor umfasst SiO2-Schichten und eine Nb2O5-Schichten, die abwechselnd übereinander angeordnet sind.
  • Sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung sind dahingehend zu verstehen, dass sie anhand von Beispielen die Erfindung erläutern und erklären und sie, so wie sie beansprucht wird, weiter darlegen.
  • [Beschreibung der Zeichnungen]
  • Die begleitenden Zeichnungen, die ein tieferes Verständnis der Erfindung ermöglichen, sind in dieser Beschreibung enthalten und stellen einen Teil dieser Beschreibung dar. Sie erläutern Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Grundlagen der Erfindung.
  • 1 ist ein Diagramm, das das Reflexionsvermögen von Aluminium auf einem Saphirsubstrat zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das das Reflexionsvermögen eines verteilten Bragg-Reflektors auf einem Saphirsubstrat zeigt.
  • 3 ist eine Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diode (LED) mit einem verteilten Bragg-Reflektor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Diagramm, das den optischen Absorptionskoeffizienten von TiO2 und Nb2O5 zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, das ein Lumineszenzspektrum eines gelben Leuchtstoffs zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsspektrum eines ersten oberen verteilten Bragg-Reflektors zeigt.
  • 7 ist eine Schnittzeichnung einer LED-Einheit mit einer LED gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Schnittzeichnung einer LED mit einem verteilten Bragg-Reflektor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Reflexionsspektrum eines zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektors zeigt.
  • 10 ist eine Schnittzeichnung, die eine LED mit einem verteilten Bragg-Reflektor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Elektronenstrahl-Abscheidungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine Schnittzeichnung einer transparenten leitfähigen Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • [Beste Ausführungsform]
  • Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch viele verschiedene Ausführungsformen aufweisen und ist nicht so auszulegen, dass sie auf die hierin ausgeführten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr werden diese beispielhaften Ausführungsformen zur Vervollständigung der Offenbarung bereitgestellt und vermitteln dem Fachmann den Rahmen der Erfindung. In den Zeichnungen können die Größen und relativen Größen von Schichten und Bereichen für eine deutliche Darstellung übertrieben sein.
  • Gleiche Bezugszahlen in den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Elemente.
  • Wird ein Element, wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat so bezeichnet, dass es sich „auf” einem anderen Element befindet, so ist es klar, dass es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder es können ebenfalls dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird hingegen ein Element so bezeichnet, dass es sich „direkt auf” einem anderen Element befindet, so sind keine dazwischenliegende Elemente vorhanden.
  • 3 ist eine Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diode 20 mit einem verteilten Bragg-Reflektor 40 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 3 kann eine lichtemittierende Diode 20 ein Substrat 21, eine lichtemittierende Anordnung 30 und einen unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 umfassen. Weiterhin kann die LED 20 eine Pufferschicht 23, eine transparente Elektrode 31, eine erste Elektrodenfläche 33, eine zweite Elektrodenfläche 35, eine Metallschicht 45 und einen ersten oberen verteilten Bragg-Reflektor 37 umfassen.
  • Das Substrat 21 kann aus jedem transparenten Substrat ausgewählt werden, wie zum Beispiel ein Saphirsubstrat oder ein SiC-Substrat. Das Substrat 21 kann auf seiner Oberseite eine Struktur aufweisen. Beispielsweise kann ein strukturiertes Saphirsubstrat (PSS) auf dessen Oberseite eine Struktur aufweisen. Die Fläche des Substrats 21 kann die gesamte Fläche eines Chips festlegen. Das Substrat 21 kann eine Fläche von wenigstens 90.000 μm2 aufweisen. Das Substrat 21 kann beispielsweise eine Fläche von wenigstens 1 mm2 aufweisen.
  • Die lichtemittierende Anordnung 30 ist auf dem Substrat 21 angeordnet. Die lichtemittierende Anordnung 30 umfasst eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps 25, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps 29 und eine zwischen den Halbleiterschichten vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 und zweiten Leitfähigkeitstyp 29 liegende aktive Schicht. Hier beziehen sich der erste Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp auf entgegengesetzte Leitfähigkeitstypen. Zum Beispiel kann der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ oder umgekehrt sein.
  • Die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, die aktive Schicht 27 und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 können aus einem auf GaN basierenden Halbleitercompoundmaterial, das heißt (Al, In, Ga) N gebildet sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die aktive Schicht 27 besteht aus Elementen zum Emittieren von Licht einer gewünschten Wellenlänge, zum Beispiel von UV oder blauem Licht. Wie gezeigt ist, weisen die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 und/oder die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 einen einschichtigen Aufbau oder einen mehrschichtigen Aufbau auf. Weiterhin kann die aktive Schicht 27 eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Die Pufferschicht 23 kann zwischen dem Substrat 21 und der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 angeordnet sein.
  • Die Halbleiterschichten vom ersten und zweiten Leitfähigkeitstyp 25 und 29 und die aktive Schicht 27 können mittels metallorganisch chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) gebildet werden und sie können durch Fotolithographie oder ein Ätzverfahren so strukturiert werden, dass einige Bereiche der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 freigelegt werden.
  • Die transparente Elektrodenschicht 31 kann zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) oder Ni/Au auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 gebildet werden. Die transparente Elektrodenschicht 31 weist einen geringeren spezifischen Widerstand auf als die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und fördert die Ausbreitung des elektrischen Stroms. Die erste Elektrodenfläche 33, beispielsweise eine n-Elektrodenfläche, wird auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 gebildet und die zweite Elektrodenfläche 35, beispielsweise eine p-Elektrodenfläche, wird auf der transparenten Elektrodenschicht 31 gebildet. Wie gezeigt ist, kann die p-Elektrodenfläche 35 mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 durch die transparente Elektrodenschicht elektrische verbunden werden. Alternativ dazu kann die p-Elektrodenfläche 35 in direktem Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 sein.
  • Der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 ist unter dem Substrat 21 angeordnet. Der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 wird durch abwechselndes Übereinanderschichten von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet und weist ein relativ hohes Reflexionsvermögen, beispielsweise ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90%, nicht nur in Bezug auf Licht im blauen Wellenlängenbereich, das beispielsweise in der aktiven Schicht 27 erzeugt wird, sondern auch in Bezug auf Licht im gelben Wellenlängenbereich oder im grünen und/oder roten Wellenlängenbereich auf. Zusätzlich kann der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% für Wellenlängen im Bereich von beispielsweise 400 nm bis 700 nm aufweisen.
  • Der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 weist ein relativ hohes Reflexionsvermögen über einen großen Wellenlängenbereich auf und wird unter Regulierung der optische Dicke jeder der abwechselnd übereinander angeordneten Materialschichten gebildet. Der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 kann durch abwechselndes Übereinanderschichten von zum Beispiel einer ersten aus SiO2 gebildeten Schicht und einer zweiten aus TiO2 gebildeten Schicht gebildet werden. Der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 kann durch abwechselndes Übereinanderschichten von zum Beispiel einer ersten aus SiO2 gebildeten Schicht und einer zweiten aus Nb2O5 gebildeten Schicht unter Bildung einer Laminatstruktur gebildet werden.
  • Die US Patent Anmeldung Nr. 12/917,937 offenbart eine lichtemittierende Diode, die einen verteilten Bragg-Reflektor mit einem Reflexionsvermögen von wenigstens 90% in Bezug auf Licht im blauen, grünen und roten Wellenlängenbereich umfasst. Diese Anmeldung offenbart einen verteilten Bragg-Reflektor, der durch abwechselndes Anordnen von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes übereinander, zum Beispiel TiO2/SiO2-Schichten gebildet wird, so dass er in Bezug auf Licht nicht nur im blauen Wellenlängenbereich sondern auch im grünen oder roten Wellenlängenbereich ein hohes Reflexionsvermögen aufweist. Nach dem Härten einer auf dem durch abwechselndes Übereinanderanordnen von TiO2/SiO2-Schichten (41 Schichten) gebildeten verteilten Bragg-Reflektor aufgebrachten Ag-Epoxid-Paste, weist der verteilte Bragg-Reflektor ein geringeres Reflexionsvermögen auf als der Reflektor vor dem Härten der Ag-Epoxid-Paste. Die Abnahme im Reflexionsvermögen des verteilten Bragg-Reflektors kann durch die relativ kleine Zahl an Schichten, die den verteilten Bragg-Reflektor bilden, bedingt sein, was zu einer Streuung von Licht an einer Grenzfläche zwischen dem verteilten Bragg-Reflektor und dem Ag-Epoxid oder zu einer optischen Absorption durch das Ag-Epoxid führt. Um die Abnahme im Reflexionsvermögen des verteilten Bragg-Reflektors zu verhindern kann die Zahl der den verteilten Bragg-Reflektor bildenden Schichten erhöht werden. Indes kann eine Erhöhung der Zahl der den verteilten Bragg-Reflektor bildenden Schichten den Einfluss der zwischen dem verteilten Bragg-Reflektor und dem Ag-Epoxid bedingten Grenzfläche verringern, jedoch kann sie zu einem optischen Verlust im Zusammenhang mit der optischen Absorptionsrate jeder der den verteilten Bragg-Reflektor bildenden Schichten führen, was eine Verringerung im Reflexionsvermögen zur Folge hat.
  • Daher kann die LED gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen optischen Verlust im Zusammenhang mit einer Zunahme der Anzahl der den verteilten Bragg-Reflektor bildenden Schichten verhindern, indem Nb2O5, das eine geringere optische Absorptionsrate als TiO2 aufweist, unter Bildung eines verteilten Bragg-Reflektors aus SiO2/Nb2O5 eingesetzt wird.
  • Da die Anzahl der ersten und zweiten übereinander angeordneten Schichten zunimmt ist es möglich, den Einfluss anderer an die Unterseite des unteren verteilten Bragg-Reflektors 40 angrenzender Materialschichten zu verringern. Wird eine kleine Anzahl von Schichten übereinander angeordnet, kann das Reflexionsvermögen des unteren verteilten Bragg-Reflektors 40 nach Härten einer Klebstoffschicht, beispielsweise aus Ag-Epoxid-Pasten, verringert werden. Daher kann der verteilte Bragg-Reflektor 40 aus fünfzig oder mehr Schichten, das heißt 25 oder mehr Paaren zusammengesetzt sein.
  • Da weiterhin die Anzahl der ersten und zweiten übereinander angeordneten Schichten zunimmt, nimmt die optische Absorptionsrate der den unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 bildenden Materialschichten zu, was zu einer Verringerung des Reflexionsvermögens führt. 4 zeigt die Veränderung der Absorptionskoeffizienten (K) von TiO2 und Nb2O5 in Abhängigkeit von der Wellenlänge. TiO2 weist bei 600 nm oder mehr einen Absorptionskoeffizienten von null auf und weist einen Absorptionskoeffizienten von 0,2 in Bezug auf das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht, beispielsweise Licht im blauen Wellenlängenbereich auf. Hingegen weist Nb2O5 im sichtbaren Spektrum einen Absorptionskoeffizienten im Wesentlichen von null auf. Daher kann selbst wenn der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 durch abwechselndes Übereinanderschichten von SiO2/Nb2O5 so gebildet wird, dass er eine große Anzahl übereinander angeordneter Schichten aufweist, der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 einen durch optische Absorption bedingten optischen Verlust verhindern.
  • Es ist nicht notwendig, dass die ersten Schichten und zweiten Schichten dieselbe Dicke aufweisen. Die Dicke der ersten Schichten und der zweiten Schichten wird so festgelegt, dass sie nicht nur in Bezug auf das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht sondern ebenfalls in Bezug auf Licht mit verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Spektrum für ein relativ hohes Reflexionsvermögen sorgt. Desweiteren kann der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 durch Übereinanderschichten einer Vielzahl von verteilten Bragg-Reflektoren gebildet werden, wobei jeder davon ein hohes Reflexionsvermögen in einem bestimmten Wellenlängenbereich zeigt.
  • Zum Beispiel kann im Falle einer LED-Einheit, die eine weißes Licht emittierende LED gemäß einer beispielshaften Ausführungsform umfasst, Licht mit Wellenlängen, das von dem des von der LED emittierten Lichts verschieden ist, in die LED-Einheit eintreten. In diesem Fall kann das Licht mit verschiedenen Wellenlängen von dem unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 reflektiert werden, so dass die LED-Einheit eine bessere Lichtextraktionseffizienz aufweist.
  • Indes können die obersten und untersten Schichten des unteren verteilten Bragg-Reflektors 40 SiO2-Schichten sein. Werden die SiO2-Schichten als oberste und unterste Schichten des unteren verteilten Bragg-Reflektors 40 übereinander aufgebracht kann der untere verteilte Bragg-Reflektor 40 stabil mit dem Substrat 21 verbunden werden und durch die unterste SiO2-Schicht geschützt werden.
  • Bezugnehmend auf 3 kann die Metallschicht 45 unter dem unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 angeordnet werden. Die Metallschicht 45 kann aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel Aluminium, gebildet werden. Die Metallschicht fördert die Wärmeableitung aus der LED 20 während des Betriebs der LED 20. Dementsprechend kann die Metallschicht 45 die Wärmeableitung der LED 20 verbessern.
  • Indes kann der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 auf der lichtemittierenden Anordnung 30 angeordnet sein. Wie gezeigt ist, kann der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 die transparente Elektrodenschicht 31 und eine freigelegte Fläche der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 bedecken.
  • Der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 lässt das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht hindurch, obwohl er Licht, das von außen in die LED 20 eintritt, zum Beispiel das von den Leuchtstoffen emittierte Licht, reflektiert. Dementsprechend lässt der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht, wie zum Beispiel blaues Licht oder Licht im UV-Bereich hindurch und reflektiert Licht im grünen bis roten Wellenlängenbereich, insbesondere Licht im gelben Wellenlängenbereich.
  • 5 ist ein Diagramm, das ein Lumineszenzspektrum von Leuchtstoffen, die für eine Diodeneinheit zur Emission von weißem Licht verwendet werden, darstellt und 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Reflexionsspektrum eines ersten oberen verteilten Bragg-Reflektors 37 darstellt. Wie in 5 gezeigt ist, zeigen die für die LED-Einheit zur Emission von weißem Licht verwendeten Leuchtstoffe eine relativ starke Emission im grünen bis gelben Wellenlängenbereich. Wie in 6 gezeigt ist, kann somit der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 ein Reflexionsspektrum aufweisen, so dass er das von der LED emittierte Licht hindurch lässt während er das von den Leuchtstoffen emittierte Licht, das heißt Licht im grünen bis gelben Wellenlängenbereich, reflektiert. Ein derartiger erster oberer verteilter Bragg-Reflektor 37 kann durch abwechselndes Übereinanderschichten von Materialschichten mit verschiedenen Brechungsindizes, zum Beispiel eine SiO2-Schicht und eine TiO2-Schicht oder Nb2O5-Schicht, unter Bildung einer Laminatstruktur gebildet werden. Weiterhin kann der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 durch Festlegen der optischen Dicke von jeder der Schichten so gebildet werden, dass er ein erwünschtes Reflexionsspektrum aufweist.
  • Der erste obere verteilte Bragg-Reflektor 37 kann ebenfalls so gebildet werden, dass er eine Mesaseitenwand bedeckt und die LED 20 durch Bedecken der Oberseite der LED 20 abgesehen von den Oberseiten der Elektrodenflächen 33 und 35 schützt.
  • 7 ist eine Schnittzeichnung einer LED-Einheit mit der darauf befestigten LED 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 7 umfasst die LED-Einheit einen Körper 60, Anschlüsse 61a, 61b, die LED 20 und ein Vergusselement 63. Der Körper der Einheit 60 kann aus einem Kunststoffharz gebildet sein.
  • Der Körper der Einheit 60 weist eine Befestigungsebene M zum Befestigen der LED 20 und eine Reflexionsebene R auf, an der das von der LED 20 emittierte Licht reflektiert wird. Die LED 20 wird auf der Befestigungsebene M befestigt und mit den Anschlüssen 61a, 61b über Kontaktdrähte verbunden. Die LED 20 kann an die Befestigungsebene M mittels Klebstoffen 62 die durch Härten von zum Beispiel Ag-Epoxid-Pasten gebildet werden, geklebt werden.
  • Wie in 3 beschrieben ist, kann die LED 20 einen unteren verteilten Bragg-Reflektor 40, eine Metallschicht 45 und/oder einen ersten oberen verteilten Bragg-Reflektor 37 umfassen.
  • Die LED-Einheit emittiert Mischfarben, zum Beispiel weißes Licht. Daher kann die LED-Einheit Leuchtstoffe zur Wellenlängenkonversion des von der LED 20 emittierten Lichts umfassen. Die Leuchtstoffe können in dem Vergusselement 63 enthalten sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Da die LED 20 den unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 umfasst, wird das Licht, dessen Wellenlänge durch die Leuchtstoffe konvertiert wurde und durch die LED 20 zur Befestigungsebene M hin verläuft, an dem unteren verteilten Bragg-Reflektor 40 reflektiert, so dass es nach außen emittiert wird. Folglich weist die LED-Einheit gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine relativ höhere Lichtemissionseffizienz im Vergleich zu einer herkömmlichen LED-Einheit ohne einen unteren verteilten Bragg-Reflektor auf.
  • Umfasst ferner die LED 20 den ersten oberen verteilten Bragg-Reflektor 37 so kann das von den Leuchtstoffen emittierte Licht an dem ersten oberen verteilten Bragg-Reflektor 37 reflektiert werden. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass das von den Leuchtstoffen emittierte Licht in die LED 20 eintritt und somit einen optischen Verlust hervorruft.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die LED-Einheit so beschrieben, dass sie die LED 20 und die Leuchtstoffe zur Emission von weißem Licht umfasst, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene LED-Einheiten zur Emission von weißem Licht bekannt und die LED 20 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann für jede derartige LED-Einheit verwendet werden.
  • 8 ist eine Schnittzeichnung einer LED mit einem verteilten Bragg-Reflektor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 8 ist die LED 20a im Allgemeinen ähnlich zur unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen LED 20, bis auf die zweiten oberen verteilen Bragg-Reflektoren 39a beziehungsweise 39b, die auf den Elektrodenflächen 33 und 35 ausgebildet sind. Die zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b sind auf den Oberseiten der Elektrodenflächen 33 und 35 unter Ausschluss der Bereiche für die Kontaktierung (nicht gezeigt) ausgebildet.
  • Die zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b reflektieren das von außen einfallende Licht, besonders Licht, das eine längere Wellenlänge als die des in der aktiven Schicht 27 erzeugten Lichts aufweist und wenigstens teilweise zum sichtbaren Spektrum gehört. Die zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b können zum Beispiel Licht nach einer Wellenlängenkonversion durch die Leuchtstoffe reflektieren.
  • Da die Elektrodenflächen 33 und 35 aus einem lichtabsorbierenden Metall gebildet werden können, wird das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht nicht durch die Elektrodenflächen 33 und 35 emittiert. Dementsprechend ist es nicht notwendig, dass die zweiten oberen verteilen Bragg-Reflektoren 39a und 39b das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht hindurch lassen. Derartige zweite obere verteilte Bragg-Reflektoren 39a und 39b können durch abwechselndes Übereinanderschichten von Materialschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes, zum Beispiel eine SiO2-Schicht und eine TiO2-Schicht oder Nb2O5-Schicht, gebildet werden. Ferner können die oberen zweiten verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b durch geeignetes Festlegen der optischen Dicke von jeder der Schichten so gebildet werden, dass sie ein erwünschtes Reflexionsspektrum aufweisen.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Reflexionsspektrums für die zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b zeigt.
  • Bezugnehmend auf 9 zeigen die zweiten oberen verteilten Bragg-Reflektoren 39a und 39b ein relativ hohes Reflexionsvermögen in Bezug auf Licht im grünen bis roten Wellenlängenbereich und können ebenfalls ein relativ hohes Reflexionsvermögen in Bezug auf Licht im blauen Wellenlängenbereich zeigen, da es nicht notwendig ist, Licht im blauen Wellenlängenbereich hindurchgehen zulassen.
  • Anstelle der LED 20 kann die LED 20a gemäß der beispielhaften Ausführungsform auf der unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen LED-Einheit befestigt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die LED 20a desweiteren einen ersten oberen verteilten Bragg-Reflektor 37, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, umfassen.
  • 10 ist eine Schnittzeichnung einer LED 20b mit einem verteilten Bragg-Reflektor 40 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 10 umfasst die LED 20b ein Substrat 21, eine lichtemittierende Anordnung 30, einen verteilten Bragg-Reflektor 40, eine obere Isolierschicht 38 und eine reflektierende Metallschicht 41. Weiterhin kann die LED 20b eine Pufferschicht 23, eine transparente Elektrode 31, eine erste Elektrodenfläche 33 und eine zweite Elektrodenfläche 35 umfassen.
  • Das Substrat 21, die lichtemittierende Anordnung 30, der verteilte Bragg-Reflektor 40, die Pufferschicht 23, die transparente Elektrodenschicht 31, die erste Elektrodenfläche 33 und die zweite Elektrodenfläche 35 weisen Konfigurationen auf, die zu denjenigen der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen LED 20 ähnlich sind, und ihre ausführlichen Beschreibungen werden hier weggelassen.
  • Die reflektierende Metallschicht 41 ist unter dem verteilten Bragg-Reflektor 40 angeordnet. Die reflektierende Metallschicht 41 weist ein hohes Reflexionsvermögen auf und kann zum Beispiel eine Aluminiumschicht oder eine Silber-(Ag)Schicht sein. Die reflektierende Metallschicht 41 reflektiert einfallendes Licht mit einem großen Einfallswinkel und das Licht, das durch den verteilten Bragg-Reflektor 40 hindurchgeht. Weiterhin kann eine Schutzschicht 43 unter der reflektierenden Metallschicht 41 angeordnet sein. Die Schutzschicht 43 bedeckt die reflektierende Metallschicht 41, um eine Verformung der reflektierenden Metallschicht 41 aufgrund von Oxidation oder Diffusion der reflektierenden Metallschicht 41 zu verhindern. Die Schutzschicht 43 kann aus einem Metall oder einem Isoliermaterial gebildet sein. Die Schutzschicht 43 kann aus einem Metall gebildet sein, um die Wärmeableitung aus der LED zu verbessern.
  • Die obere Isolierschicht 38 kann auf der lichtemittierenden Anordnung 30 angeordnet sein. Die obere Isolierschicht 38 bedeckt die lichtemittierende Anordnung 30, um die lichtemittierende Anordnung 30 gegen äußere Umweltfaktoren zu schützen. Wie gezeigt ist, kann die obere Isolierschicht 38 die transparente Elektrodenschicht 31 abdecken. Desweiteren kann die obere Isolierschicht 38 eine Mesaseitenwand und eine freigelegte Fläche der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, die durch Messätzen gebildet wurde, abdecken.
  • Die obere Isolierschicht 38 kann aus einem transparenten Material, zum Beispiel SiO2, gebildet sein, das das in der aktiven Schicht 27 erzeugte Licht hindurch lässt. Zusätzlich kann die obere Isolierschicht 38 eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten sein, wobei ihr Brechungsindex allmählich oder stufenweise in der von der lichtemittierenden Anordnung abgewandten Richtung abnimmt. Zum Beispiel kann die Schicht mit dem Brechungsindexgradienten durch aufeinanderfolgendes Abscheiden einer Schicht mit relativ hoher Dichte und einer Schicht mit relativ geringer Dichte durch Änderung der Verfahrensparameter, wie zum Beispiel Abscheidungsgeschwindigkeit, Temperatur, Druck, Durchflussmenge des Reaktionsgases und Plasmaleistung gebildet werden, wenn die obere Isolierschicht 38 unter Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens gebildet wird. Da der Brechungsindex der oberen Isolierschicht 38 allmählich zur Außenseite hin in der von der lichtemittierenden Anordnung 30 abgewandten Richtung abnimmt, ist es möglich, die innere Totalreflexion des Lichts, das durch die obere Isolierschicht 38 hindurch emittiert wird, zu verringern.
  • Die transparente Elektrodenschicht 31 kann zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) oder ZnO auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 gebildet werden. Die transparente Elektrodenschicht 31 kann zwischen der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und der oberen Isolierschicht 38 angeordnet werden. Die transparente Elektrodenschicht 31 weist einen geringeren spezifischen Widerstand als die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 auf, wodurch ein Ausbreiten des elektrischen Stroms gefördert wird. Die transparente Elektrodenschicht 31 kann durch thermische Abscheidung, Elektronenstrahlabscheidung, Innenstrahl unterstützte Abscheidung oder Sputtern gebildet werden. Hier kann die transparente Elektrodenschicht 31 eine Schicht mit relativ niedrigem Brechungsindex oder eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten sein, der allmählich oder stufenweise in der von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 abgewandten Richtung abnimmt.
  • Anstelle der LED 20 kann die LED 20b gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform auf der unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen LED-Einheit befestigt werden. Wie in 10 beschrieben ist, umfasst die LED 20b den verteilten Bragg-Reflektor 40, die reflektierende Metallschicht 41 und die obere Isolierschicht 38. Sind die obere Isolierschicht 38 und/oder die transparente Elektrodenschicht 31 Schichten mit einem Brechungsindexgradienten, so kann die LED 20b zusätzlich eine weitere verbesserte Lichtextraktionseffizienz zeigen, wobei der optische Verlust innerhalb der LED 20b weiter verringert ist. Ferner kann die obere Isolierschicht 38 auf der ersten und zweiten Elektrodenfläche 33 und 35, ähnlich zu der vorstehend unter Bezugnahme auf den zweiten oberen verteilen Bragg-Reflektor 39a und 39b in 8 beschriebenen, gebildet sein.
  • 11 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Elektronenstrahl-Abscheidungsvorrichtung 50 zum Bilden einer transparenten leitfähigen Schicht (nicht gezeigt) mit einem relativ niedrigen Brechungsindex.
  • Bezugnehmend auf 11 umfasst die Elektronenstrahl-Abscheidungsvorrichtung eine Vakuumkammer 51, eine Substrathalterung 55, eine Drehvorrichtung 52, eine Achse 53 einen Elektronenstrahlverdampfer 57 und eine Quelle 59, wobei die Vakuumkammer 51 mit einem Gaseinlass 51a und einem Gasauslass 51b versehen ist.
  • Das Substrat 10 weist eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 auf, die durch Aufbauen von Halbleiterschichten auf einem Substrat 21, wie zum Beispiel auf einem Saphirsubstrat, gebildet wird. Das Substrat 10 wird auf die Substrathalterung 55 gesetzt. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl von Substraten 10 auf der Substrathalterung 55 angeordnet und jedes der Substrate 10 wird so gesetzt, dass eine Oberseite des Substrats der Quelle 59 zugewandt ist. Anders ausgedrückt wird die Quelle 10 auf einer Linie, senkrecht zur Oberfläche des Substrats 10 und sich zur Mitte des Substrats hin erstreckend, angeordnet. Die Substrathalterung 55 kann konkav geformt sein, so dass jedes der Substrate 10 in einer bezüglich der Quelle 59 normalen Position (angegeben durch eine gestrichelte Linie) angeordnet werden kann. Weiterhin kann die Substrathalterung 55 mittels einer Drehvorrichtung 52 gedreht werden. Und zwar dreht die Drehvorrichtung 52 die Achse 53, die wiederum die Substrathalterung 55 dreht. Durch das Drehen der Substrathalterung 55, wie vorstehend beschrieben ist, kann die transparente Elektrodenschicht gleichförmig auf dem Substrat 10, insbesondere auf einer Vielzahl von Substraten 10 abgeschieden werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann das Substrat 10 statt in einer normalen Position auch in einem Winkel bezüglich der Quelle 59 angeordnet sein (angezeigt durch die gestrichelte Linie). Und zwar wird die Quelle 59 bezüglich der zur Oberfläche des Substrats 10 senkrechten und sich zur Mitte des Substrats 10 hin erstreckenden Linie geschwenkt. Wird eine Vielzahl von Substraten 10 in der Abscheidungsvorrichtung angeordnet, so kann jedes der Substrate 10 in einem identischen Winkel bezüglich der Quelle 59 angeordnet werden.
  • Wird durch Verdampfen der Quelle 59 mit einem Elektronenstrahl eine transparente Elektrodenschicht auf dem Substrat 10 abgeschieden, so wird die transparente Elektrodenschicht in geneigter Richtung anstelle in einer zum Substrat 10 senkrechten Richtung auf dem Substrat 10 abgeschieden. Als Folge davon weist die transparente Elektrodenschicht im Vergleich zu dem Fall einer Abscheidung der transparenten Elektrodenschicht auf dem Substrat 10 in der normalen Position eine niedrige Dichte auf, so dass der Brechungsindex der transparenten Elektrodenschicht vermindert werden kann. Dementsprechend ist es möglich, einen optischen Verlust in Zusammenhang mit der inneren Totalreflexion an einer Grenzfläche zwischen der transparenten Elektrodenschicht und Luft oder zwischen der transparenten Elektrodenschicht und der oberen Isolierschicht 38 zu verringern.
  • Zusätzlich kann in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die transparente Elektrodenschicht auf dem Substrat 10 durch Anhalten der Rotation des Substrats 10 oder Ändern der Rotationsbedingung des Substrats 10, das durch die Drehvorrichtung gedreht wird, asymmetrisch abgeschieden werden. Dementsprechend ist es möglich eine transparente Elektrodenschicht, die einen niedrigen Brechungsindex aufweist, abzuscheiden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wurde die Elektronenstrahl-Abscheidungsvorrichtung 50 zur Abscheidung der transparenten Elektrodenschicht erläutert. Jedoch können eine thermische Abscheidung und Innenstrahl unterstützte Abscheidung ebenfalls unter der Bedingung durchgeführt werden, dass das Substrat 10 in einem Winkel bezüglich des Targets angeordnet ist oder dass die Rotationsgeschwindigkeit des Substrats eingestellt wird. Zusätzlich kann eine Abscheidung der transparenten Elektrodenschicht mit einem niedrigen Brechungsindex ebenfalls unter Verwendung von Sputtern durchgeführt werden, wobei das Substrat in einem Winkel bezüglich des Targets angeordnet ist.
  • 12 ist eine Schnittzeichnung eines Beispiels der transparenten leitfähigen Schicht 31 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben ist.
  • Bezugnehmend auf 12 ist eine transparente Elektrodenschicht 31a der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ähnlich zu der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen transparenten Elektrodenschicht 31 außer, dass die transparente Elektrodenschicht 31a eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten ist. Insbesondere ist die transparente Elektrodenschicht 31a eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten, wobei ihr Brechungsindex allmählich oder stufenweise in der von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 abgewandten Richtung abnimmt.
  • Die transparente Elektrodenschicht 31a kann durch thermische Abscheidung, Elektronenstrahlabscheidung, Ionenstrahl unterstützte Abscheidung oder Sputtern gebildet werden. Im vorliegenden Fall kann die transparente Elektrodenschicht 31a als Schicht mit einem Brechungsindexgradienten, durch aufeinanderfolgendes Abscheiden einer Schicht mit relativ hoher Dichte und einer Schicht mit relativ geringer Dichte durch Änderung der Verfahrensparameter, wie zum Beispiel Abscheidungsgeschwindigkeit, Temperatur, Druck, Durchflussmenge des Reaktionsgases und Plasmaleistung, gebildet werden. Da der Brechungsindex der transparenten Elektrodenschicht 31a allmählich zur Außenseite der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 hin abnimmt, ist es möglich, die innere Totalreflexion des durch die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 emittierten Lichts zu verringern.
  • Somit kann gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die LED einen verteilten Bragg-Reflektor umfassen, der bezüglich Licht über einen großen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums ein relativ hohes Reflexionsvermögen aufweist, wobei die Lichtemissionseffizienz eines LED-Elements zur Emission gemischter Farben, wie beispielsweise weißes Licht, verbessert wird. Zusätzlich kann die LED die optische Absorption des verteilten Bragg-Reflektors durch abwechselndes Übereinanderschichten von SiO2/Nb2O5 unter Bildung des verteilten Bragg-Reflektors verringern, wobei die Anzahl an Schichten, die den verteilten Bragg-Reflektor bilden, erhöht wird, obwohl ein hohes Reflexionsvermögen nach Befestigen der LED in der LED-Einheit beibehalten wird. Ferner kann die LED unter dem verteilten Bragg-Reflektor eine Metallschicht umfassen, wodurch die Wärmeableitung aus der LED verbessert wird. Desweiteren kann die LED einen oberen verteilten Bragg-Reflektor auf der lichtemittierenden Anordnung oder auf einer Oberseite einer Elektrodenfläche umfassen, wodurch ein optischer Verlust an Licht, das in die LED von außen eintritt, verringert wird. Außerdem kann die LED eine reflektierende Metallschicht und eine Schutzschicht auf einer Unterseite des verteilten Bragg-Reflektors umfassen, wobei eine Verformung des verteilten Bragg-Reflektors und der reflektierenden Metallschicht beim Befestigen der LED auf der Einheit vermieden wird. Zusätzlich kann eine obere Isolierschicht und/oder eine transparente leitfähige Schicht eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten sein, wodurch die Lichtextraktionseffizienz der LED verbessert wird.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf einige beispielhafte Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert worden ist, ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Wesen und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Weiterhin sollte es offensichtlich sein, dass einige Merkmale einer bestimmten Ausführungsform ebenfalls für andere Ausführungsformen verwendet werden können, ohne vom Wesen und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Es ist daher klarzustellen, dass die Ausführungsformen der Erfindung nur der Erläuterung dienen und dem Fachmann für eine vollständige Offenbarung der Erfindung und für ein genaues Verständnis der Erfindung zur Verfügung gestellt werden. Somit beabsichtigt die Erfindung Modifikationen und Änderungen zu umfassen, vorausgesetzt, sie fallen in den Rahmen der beigefügten Ansprüche und ihren Entsprechungen.

Claims (26)

  1. Lichtemittierende Diode (LED) umfassend: eine auf einer ersten Fläche eines Substrats angeordnete lichtemittierende Anordnung, wobei die lichtemittierende Anordnung Folgendes umfasst: eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnete aktive Schicht, und einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten ersten verteilten Bragg-Reflektor, wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor das von der lichtemittierenden Anordnung emittierte Licht reflektiert, wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% in Bezug auf Licht einer ersten Wellenlänge im blauen Wellenlängenbereich, Licht einer zweiten Wellenlänge im grünen Wellenlängenbereich und Licht einer dritten Wellenlänge im roten Wellenlängenbereich umfasst, und wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor eine Laminatstruktur, umfassend eine abwechselnd übereinander angeordnete SiO2-Schicht und Nb2O5-Schicht, umfasst.
  2. LED nach Anspruch 1, wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor wenigstens 25 SiO2/Nb2O5-Schichtpaare umfasst.
  3. LED nach Anspruch 2, wobei eine SiO2-Schicht des ersten verteilten Bragg-Reflektors in direktem Kontakt mit der zweiten Fläche des Substrats ist.
  4. LED nach Anspruch 3, wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor eine SiO2-Schicht als unterste Schicht umfasst, die der SiO2-Schicht gegenüberliegt, die in direktem Kontakt mit der zweiten Fläche des Substrats ist.
  5. LED nach Anspruch 1, die weiterhin eine Metallschicht umfasst, wobei der erste verteilte Bragg-Reflektor zwischen dem Substrat und der Metallschicht angeordnet ist.
  6. LED nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen auf der lichtemittierenden Anordnung angeordneten zweiten verteilten Bragg-Reflektor, so dass der zweite verteilte Bragg-Reflektor das in der aktiven Schicht erzeugte Licht hindurch lässt und äußeres Licht reflektiert, wobei das äußere Licht eine Wellenlänge umfasst, die größer als die des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts ist und wenigstens zum Teil im Bereich des sichtbaren Spektrums liegt.
  7. LED nach Anspruch 6, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor Licht wenigstens im Wellenlängenbereich von gelbem Licht reflektiert.
  8. LED nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: eine erste Elektrodenfläche, die mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist, eine zweite Elektrodenfläche, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist, und einen dritten verteilten Bragg-Reflektor, der wenigstens auf einer der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet ist, so dass der dritte verteilte Bragg-Reflektor das äußere Licht reflektiert.
  9. LED nach Anspruch 8, wobei der dritte verteilte Bragg-Reflektor wenigstens Licht im Wellenlängenbereich von gelbem Licht reflektiert.
  10. LED nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine erste Elektrodenfläche, die mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist, eine zweite Elektrodenfläche, die mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist, und einen zweiten verteilten Bragg-Reflektor, der wenigstens auf einer der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet ist, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor äußeres Licht reflektiert, wobei das äußere Licht eine Wellenlänge umfasst, die größer als die des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts ist und wenigstens zum Teil im Bereich des sichtbaren Spektrums liegt.
  11. LED nach Anspruch 10, wobei der zweite verteilte Bragg-Reflektor wenigstens Licht im Wellenlängenbereich von gelbem Licht reflektiert.
  12. Lichtemittierende Diode (LED) umfassend: eine auf einer ersten Fläche eines Substrats angeordnete lichtemittierende Anordnung, umfassend: eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und eine zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnete aktive Schicht, eine auf der lichtemittierenden Anordnung angeordnete Isolierschicht, einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten verteilten Bragg-Reflektor, so dass der verteilte Bragg-Reflektor das von der lichtemittierenden Anordnung emittierte Licht reflektiert und ein Reflexionsvermögen von wenigstens 90% in Bezug auf Licht einer ersten Wellenlänge im blauen Wellenlängenbereich, Licht einer zweiten Wellenlänge im grünen Wellenlängenbereich und Licht einer dritten Wellenlänge im roten Wellenlängenbereich umfasst, und eine reflektierende Metallschicht, wobei der verteilte Bragg-Reflektor zwischen dem Substrat und der reflektierenden Metallschicht angeordnet ist.
  13. LED nach Anspruch 12, wobei der verteilte Bragg-Reflektor eine Laminatstruktur umfasst, die eine abwechselnd übereinander angeordnete SiO2-Schicht und wenigstens eine Schicht aus einer TiO2-Schicht und einer Nb2O5-Schicht umfasst.
  14. LED nach Anspruch 12, wobei der verteilte Bragg-Reflektor wenigstens 25 SiO2/Nb2O5-Schichtpaare umfasst.
  15. LED nach Anspruch 12, wobei eine SiO2-Schicht des verteilten Bragg-Reflektors in direktem Kontakt mit der zweiten Fläche des Substrats ist.
  16. LED nach Anspruch 15, wobei der verteilte Bragg-Reflektor eine SiO2-Schicht als unterste Schicht umfasst, die der SiO2-Schicht gegenüberliegt, die in direktem Kontakt mit der zweiten Fläche des Substrats ist.
  17. LED nach Anspruch 12, die weiterhin eine Schutzschicht umfasst, wobei die reflektierende Metallschicht zwischen dem verteilten Bragg-Reflektor und der Schutzschicht angeordnet ist.
  18. LED nach Anspruch 12, wobei die Isolierschicht eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten umfasst, wobei der Brechungsindex allmählich oder stufenweise in der von der lichtemittierenden Anordnung abgewandten Richtung abnimmt.
  19. LED nach Anspruch 18, wobei die Isolierschicht SiO2 umfasst.
  20. LED nach Anspruch 12, die weiterhin eine zwischen der Halbleiterschicht von zweiten Leitfähigkeitstyp und der Isolierschicht angeordnete transparente leitfähige Schicht umfasst.
  21. LED nach Anspruch 20, wobei die transparente leitfähige Schicht eine Schicht mit einem Brechungsindexgradienten umfasst, wobei der Brechungsindex allmählich oder stufenweise in der von der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp abgewandten Richtung abnimmt.
  22. LED nach Anspruch 21, wobei die transparente leitfähige Schicht Indiumzinnoxid (ITO) oder ZnO umfasst.
  23. LED nach Anspruch 20, wobei die transparente leitfähige Schicht durch ein Abscheidungsverfahren, umfassend thermische Abscheidung, Elektronenstrahlabscheidung, Innenstrahl unterstützte Abscheidung oder Sputtern auf dem Substrat gebildet wird, und wobei das Substrat während des Abscheidungsverfahrens in einem Winkel bezüglich einer Quelle oder eines Targets angeordnet ist und die auf dem geneigten Substrat gebildete transparente leitfähige Schicht einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als eine transparente leitfähige Schicht, die durch Abscheidung auf dem Substrat in einer normalen Position bezüglich der Quelle oder des Targets gebildet wird.
  24. Lichtemittierende (LED) Diodeneinheit, umfassend: eine Befestigungsebene, die auf der Befestigungsebene angeordnete LED nach Anspruch 1 und ein Leuchtstoff zur Konversion der Wellenlänge des von der LED emittierten Lichts.
  25. LED-Einheit nach Anspruch 24, die weiterhin ein Kleben der LED mit Ag-Epoxid an die Befestigungsebene umfasst.
  26. Lichtemittierende Diode (LED), umfassend: ein Substrat einen auf einer ersten Fläche des Substrats angeordneten Lichtemitter und einen auf einer der ersten Fläche des Substrats gegenüberliegenden zweiten Fläche angeordneten Reflektor, wobei der Reflektor das von dem Lichtemitter emittierte Licht reflektiert und der Reflektor SiO2-Schichten und Nb2O5-Schichten umfasst, die abwechselnd übereinander angeordnet sind.
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