WO2007018450A1 - Source lumineuse a injection - Google Patents

Source lumineuse a injection Download PDF

Info

Publication number
WO2007018450A1
WO2007018450A1 PCT/RU2006/000361 RU2006000361W WO2007018450A1 WO 2007018450 A1 WO2007018450 A1 WO 2007018450A1 RU 2006000361 W RU2006000361 W RU 2006000361W WO 2007018450 A1 WO2007018450 A1 WO 2007018450A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
output
layer
heterostructure
generation
Prior art date
Application number
PCT/RU2006/000361
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vasily Ivanovich Shveykin
Original Assignee
General Nano Optics Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Nano Optics Limited filed Critical General Nano Optics Limited
Priority to US11/997,883 priority Critical patent/US8204092B2/en
Priority to EP06769575A priority patent/EP1923923A1/en
Priority to JP2008524926A priority patent/JP4884471B2/ja
Priority to CA2617910A priority patent/CA2617910C/en
Priority to KR1020087004503A priority patent/KR101049714B1/ko
Priority to CN2006800275883A priority patent/CN101233623B/zh
Publication of WO2007018450A1 publication Critical patent/WO2007018450A1/ru
Priority to IL189031A priority patent/IL189031A0/en
Priority to HK09100819.0A priority patent/HK1123629A1/xx

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
    • H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1039—Details on the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers

Definitions

  • the invention relates to optoelectronic technology, namely, to efficient, powerful and compact semiconductor injection emitters, including LEDs.
  • LEDs [S. Nakamura et al, Arl. Phus.Lett. v. 76, 22, 2000], [S. Nakamura et al, IEEE Journal. SELT. Toris Quaumtum Elastroop. v. 7, 188, 2001], [Y. Narukawa, Ortics & Photopsis News, Arril 2004, pp. 25-29], superluminescent emitters - [Gerard A. Alfope et al. JEEE Journal of Quaptum Electros, vol.24, No.12, Dec.1988, pp.2454-2457], [A.T. Seep et et al., Electroprocesses Letters, 1993, vol. 29, No.10, pp. 854-857].
  • n e an effective refractive index
  • the values of the effective refractive index n Ef and the refractive index n ov i are selected satisfying the relations: arccos (n E f / n ov1 ) ⁇ (Pef m in / Go), and n E fmin is greater than n min , where n Ef type is the minimum the value of n e f of all possible n e ⁇ for the practical value of the set of heterostructures with regions radiation output, and p m j P - the smallest of the refractive indices in the restrictive layers of the heterostructure.
  • the main advantage of the injection prototype emitter is the possibility of increasing the efficiency of the emitter, achieved by the fact that in the volume of the prototype emitter a certain proportion of spontaneous radiation is formed in the form of directed leaky radiation with its subsequent effective output.
  • a further increase in efficiency is limited by the indicated fraction of directed spontaneous emission, determined by the proposed prototype emitters, in which the capture of spontaneous emission into the waveguide and its output in the form of directed leaky radiation are spatially combined.
  • the basis of the invention is the task of creating an injection emitter (hereinafter referred to as the Emitter) of a new type, operating in a well-known wide range of wavelengths with a controlled output of radiation from the active layer in the form of multiple output rays.
  • the Emitter an injection emitter
  • the technical result of the proposed Emitter is its essentially unlimited dimensions (first of all, length), a significant increase in radiation power, including an increase in radiation power per 1 mm 2 of the Emitter’s area, a significant increase in the efficiency of conversion of electric energy supplied to the Emitter into output radiation ( further efficiency), as well as an increase in efficiency with an increase in the density of the flowing current, an increase in the extraction of the output radiation, a decrease in the temperature dependence the efficiency of the Emitter, a decrease in Joule losses, a significant decrease in the internal optical radiation loss, an increase in the service life and reliability while simplifying the manufacturing process of the Emitter.
  • an injection emitter comprising a semiconductor heterostructure comprising at least an active layer and waveguide layers consisting of at least one sublayer, as well as the sides of the emitter, metallization layers consisting of at least one sublayer, and a longitudinal optical axis.
  • at least one sequence is formed of alternating radiation generation regions consisting of at least one subregion and radiation output regions consisting of from at least one subdomain.
  • the corresponding substances are placed, the refractive index of which is significantly lower than the effective refractive index heterostructures in the areas of generation.
  • a semiconductor leak-in layer consisting of at least one sublayer and rising above the outer surface of the generation regions.
  • Each output region from opposite sides in the direction of the longitudinal optical axis is bounded by output edges located relative to the outer surface of the generation region at certain linear angles of inclination, respectively, O 1 and ⁇ 2 .
  • the ratio of the refractive index n W of the leak-in layer to the effective refractive index n e ⁇ of the heterostructure in the output region with the leak-in layer included in it is determined by a number greater than unity.
  • a significant difference of the proposed Emitter is a new, non-obvious and effective way to achieve the above technical result.
  • extraction of radiation from the Emitter is proposed in two stages.
  • spontaneous emission arising in the active layer is captured and propagated in two opposite directions along the longitudinal optical axis of a rigid volumetric waveguide formed in the radiation generation regions.
  • spontaneous and partly stimulated (with increasing current density) radiation fall into the output regions, which are a continuation of the generation regions.
  • the composition, design and size of the output areas and their output faces are such that the radiation output is realized in the form of leaky radiation with a controlled directivity and divergence.
  • the best parameters can be realized when the key component of the Emitter (generation area - output area) of appropriate sizes is appropriately distributed over the area of the Emitter.
  • the heterostructure on the radiation output side has such compositions and layer thicknesses in the generation region in which only partial (incomplete) radiation restriction in the heterostructure is realized in the generation region on the radiation output side.
  • at least one metallization layer with a high metallization layer is placed on the outer surface of the heterostructure in the generation area from the side of the radiation output reflection coefficient of radiation.
  • the metallization layer is placed directly on the waveguide layer of the heterostructure.
  • the technical result is also achieved by the fact that a sequence of alternating generation and output regions has such compositions and layer thicknesses of the heterostructure that only partial (incomplete) radiation restriction in the heterostructure is realized on the side of the opposite output side of the radiation.
  • at least one metallization layer with a high reflection coefficient of radiation is placed on the outer surface of the heterostructure from the above side.
  • the metallization layer is placed directly on the waveguide layer of the heterostructure.
  • the generation region is performed from at least two strip generation subregions located in the direction of the longitudinal optical axis.
  • the space between the strip generation subdomains (in the lateral limiting regions) is filled with the corresponding substance, the refractive index of which is less than the effective refractive index of the heterostructure in the indicated generation subregions.
  • the technical result is also achieved by the following options for the execution of the output areas of the Emitter.
  • the linear angles of inclination of the output faces Q 1 and a 2 are chosen with the same absolute values equal to (tg / 2).
  • the thickness of the leak-in layer located in the output region exceeds the length of the output region times the tangent of the angle ⁇ of radiation leakage from the active layer to the leak-in layer, where the angle ⁇ is defined as the arc cosine of the ratio n E f to n W.
  • the thickness of the leak-in layer is chosen equal to two or three lengths of the output region multiplied by the tangent of the leak-out angle ⁇ .
  • the linear angles O 1 H a 2 are chosen with the same absolute value equal to (tg / 2) + ( ⁇ ).
  • the radiation output region in the longitudinal section has the shape of a trapezoid.
  • antireflective optical coatings are applied to the output faces of the radiation output regions.
  • the thickness of the leak-in layer in the radiation output region is selected not less than the length of the radiation output region multiplied by the tangent of the outflow angle ⁇ and divided by unity plus the square of the tangent of the outflow angle ⁇ .
  • the angled angles (X 1 and ⁇ 2 are chosen with the same absolute values equal to (tr / 4) + ( ⁇ / 2).
  • the radiation output region in the longitudinal section has the shape of an inverted trapezoid, and the output radiation is output through the outer surface of the radiation output region when directly incident on it.
  • the linear angles ⁇ - ⁇ and ⁇ 2 are chosen with the same absolute value values equal to (Ztg / 4) - ( ⁇ / 2).
  • the radiation output region in the longitudinal section has the shape of a trapezoid, and the output radiation is output through the substrate when it is directly incident on it.
  • antireflective optical coatings are attached to the substrate, at least in the places where the radiation exits.
  • the Emitter includes at least two sequences of alternating generation and output regions connected in parallel by current. This achieves a corresponding increase in radiation power.
  • the Emitter includes at least two sequences of alternating areas of generation and output areas connected in series by current. This achieves a corresponding increase in radiation power.
  • the Emitter contains a corresponding luminescent substance on the side of the radiation output. This achieves the corresponding transformation of the spectral composition of the radiation, including the receipt of white light.
  • the Emitter contains on the side of the radiation output a corresponding epoxy substance having a corresponding shape and a corresponding value of the refractive index. This ensures a corresponding angular distribution of the output radiation and an increase in the efficiency of the Emitter.
  • the essence of the present invention is the creation in the integrated version of a new type of Emitter with a surface output of radiation from the active layer in the form of multiple beams, based on the proposed, original, effective and non-obvious method of outputting radiation using the properties of the resulting radiation.
  • the proposed original and non-obvious key component of the Emitter is the radiation output region distributed along the entire length (in principle unlimited) of the Emitter, provides effective capture (collection) of radiation into the optical waveguide of the generation region, followed by effective removal from the output region in the form of leaky radiation with controlled directivity and divergence.
  • the emitter is characterized by fundamentally unlimited dimensions, high extraction efficiency of radiation, low internal optical loss, low Joule loss, low radiation power density at the output faces and, as a result of this, ensures the achievement of the technical result shown on page 2.
  • Figure 1 schematically shows a longitudinal section of the proposed Emitter with alternating strip regions of generation and output regions on a sapphire substrate, while the output faces of the output regions are perpendicular to the outer surface of the generation region.
  • Figure 2 schematically depicts a top view of the Emitter with a removed metallization layer from the generation areas and adjacent adjacent boundary regions, the longitudinal section of which (Emitter) is depicted in Figure 1.
  • Fig. 3 schematically shows the cross section of the Emitter passing through the generation region, the longitudinal section of which is shown in Fig. 1.
  • Figure 4 schematically shows a longitudinal section of the proposed Emitter, in which, from the side opposite to the output side of the radiation, a metallization layer, a conductive plate and a heat sink base are attached to the restrictive layer of the heterostructure.
  • Figure 5 schematically shows the cross section of the Emitter passing through the generation region, a longitudinal section of which is shown in Figure 4.
  • Fig. B schematically shows a longitudinal section of the proposed Emitter through one of the three subregions of generation, while the metallization layers on the side of the radiation output and on the side opposite to it are attached directly to the waveguide layers of the heterostructure.
  • Figure 7 schematically shows a top view of the Emitter with a removed metallization layer from the generation areas, the longitudinal section of which (Emitter) through one of the three generation subregions is shown in Fig. B.
  • Fig schematically shows the cross section of the Emitter passing through the generation region, the longitudinal section of which is shown in Fig.6.
  • Figure 9 schematically shows a top view of the Emitter with attached metallization layers to the radiation output regions, the longitudinal section of which through one of the three generation subregions without these metallization layers coincides with the image in Fig.6.
  • Figure 10 schematically shows a top view of the Emitter with three sequences from alternating areas of generation and output areas parallel connected by current, the longitudinal section of which (Emitter) along one of these sequences coincides with the image in Figure 1.
  • FIG. 11-13 schematically (without metallization layers) show longitudinal sections of the proposed Emitters with alternating generation regions and radiation output regions, the output edges of which are tilted and form linear inclination angles with the outer surface of the generation regions in Fig. 11 - equal to (tm / 2 ) + ( ⁇ ), in Fig. 12, equal to (tr / 4) + ( ⁇ / 2), in Fig. 13, equal to ( ⁇ / 4) - ( ⁇ / 2).
  • FIG. 1 schematically shows the cross section of the Emitter passing through the generation region with four sequences of alternating generation regions 8 (including two generation subregions 18) and output regions 9 connected in series by current.
  • the proposed Emitter 1 contains on the substrate 2 a heterostructure based on AIGaInN compounds with active InGaN layer 3, waveguide layers 4, 5, and restrictive layers 6, 7 from AIGaN, respectively, from the radiation output side and with the opposite side, namely, the side of the substrate 2.
  • a non-conductive sapphire (AI 2 O 3 ) having a refractive index of 1.77 was used as the substrate 2.
  • Length laser radiation waves selected equal to 0.45 microns.
  • a sequence of alternating strip-like generation regions 8 and output regions 9 of the Emitter 1 is located in the direction of the selected longitudinal optical axis.
  • said regions 8 and 9 are bounded by lateral bounding regions 10 made of a dielectric A ⁇ O 3 .
  • the compositions and thicknesses of the bounding layers 6 and 7, respectively, were selected such that a partial radiation limitation in the heterostructure is realized.
  • the output region 9, in contrast to the generation region 8, contains an additional semiconductor leak-in layer of radiation 11 made of GaN, and its distinctive feature is that its refractive index n w exceeds the effective refractive index n e ⁇ of the heterostructure with the leak-in layer 11 included in it.
  • the output faces 12, bounding along the longitudinal axis of the output region 9, are perpendicular to the outer surface of the generation region, while the linear angles of it and ⁇ 2 are the same in absolute value and equal to 90 °.
  • the output regions 9, towering above the outer surfaces of the amplification regions 8, have the shape of a rectangular parallelepiped.
  • the thickness of the bounding layer 6 in the output region 9 and in the generation region 8 is not the same (see FIG. 1).
  • a metallization sublayer 13 is connected, which consists of silver having a reflection coefficient with a direct radiation incidence of about 95%.
  • the length of the Emitter 1 is selected to be 4010 ⁇ m.
  • the lengths of all areas of generation 8 and areas of output 9 are selected, respectively, equal to 40 ⁇ m and 10 ⁇ m, while the number of generated in the Emitter 1 generation areas 8 and output areas 9, respectively, is 80 and 81 (Fig. 1 shows, respectively, only two and three).
  • the thickness of the leak-in layer 11 in the output region 9 is 4 microns.
  • the output radiation of the Emitter 1 consists of 160 rays, half of which are directed in one direction along the longitudinal optical axis, and the other half in the opposite direction.
  • the outflow angle ⁇ is chosen equal to 10 °.
  • the angle of refraction ⁇ at the output faces of the 12 output rays was obtained equal to 25 °.
  • the selected thickness (4 ⁇ m) of the leak-in layer i 1 is approximately equal to the product of the length of the radiation output region 9 times the two tangents of the outflow angle ⁇ .
  • the calculated fraction of the radiation output when the rays are incident twice on the output face 12 is approximately 93%.
  • the diffraction divergence of each ray is 7.3 °.
  • the estimated value of the efficiency of the Emitter 1 (excluding ohmic losses) is in the range of 70% - 85%.
  • the next modification of the Emitter 1 differed from the previous one in that instead of the removed sapphire substrate 2 [M. Speiss et al, IEEE Journal. SELT. Toris Quar ⁇ t. Elstrop., V.7 p. 188, 2001] a metallization layer 15 consisting of silver was attached to the bounding layer 7.
  • the Emitter 1, together with an attached conductive plate 16 was installed on a copper heat sink base 17.
  • each generation region 8 consisted of 100 strip generation subregions of 18 widths (only three are shown in Fig. B - 8) of 2 ⁇ m each.
  • the width of the output regions 9 was 400 microns.
  • the lateral regions 10, which limit the generation subdomains 18 to almost the entire thickness of the heterostructure, are filled along the entire length of the Emitter 1 with a dielectric of AI 2 O 3 .
  • a metallization sublayer 13 is applied (not shown in FIG. 7).
  • Another difference of the Emitter 1 is that the metallization sublayers 13 and 15 are attached directly to the waveguide layers 4 and 5.
  • the next modification of the Emitter 1 was different from the previous one, in that the corresponding metallization layers 19 were connected to the leak-in layer 11 of the output region 9.
  • the parallel connection by current of all output regions 9 was made at the level of the outer surface of the leak-in layer 11 by expansion of the layers metallization 19 on one of the sides of the Radiator 1.
  • a parallel current connection of all generation subregions 18 is made by applying a metallization sublayer 13 on the opposite side of the Radiator 1 (in Fig. 9, the metallization sublayer tion 13 on the generation subregions 18 is not shown).
  • the next modification of the Emitter 1 differed from the modification depicted in Figs. 1-3 in that the Emitter 1 contains 300 (in the figure, three) sequences from alternating generation regions 8 and output regions 9 connected in parallel by current in which the width of the output regions 9 was made identical with the width of the generation regions 8 and equal to 2 ⁇ m.
  • the Emitter 1 contains 300 (in the figure, three) sequences from alternating generation regions 8 and output regions 9 connected in parallel by current in which the width of the output regions 9 was made identical with the width of the generation regions 8 and equal to 2 ⁇ m.
  • Corresponding luminescent phosphors are deposited, and epoxy resin (not shown in the figures) with a refractive index close to the effective refractive index of the heterostructure in the radiation output region is coated on top of the corresponding shape.
  • the proposed Emitter 1 differed from the modification of the Emitter 1 shown in FIGS. 1-3 in that the output edges 12 bounding the output regions 9 along the longitudinal optical axis are made oblique to the outer surface of the generation region 8, while linear angles Ci 1 and ⁇ 2 are identical in absolute value and equal to 100 °.
  • each output radiation beam falls at right angles to the inclined output face 12 and is directly output from the Emitter 1.
  • the proposed Emitter 1 differs from the previous modification in that the output edges 12, the output radiation of which is directed in one selected direction along the longitudinal optical axis, are coated with optical coatings (not shown in the figures) with a reflection coefficient of 98%.
  • the next modification of the Emitter 1 differed from the modification of the Emitter 1 shown in Figures 4-5 in that the output edges 12 are made inclined to the outer surface of the generation region 8, while the angles O 1 and ⁇ 2 are the same in absolute value and equal to 50 °.
  • the output radiation experiences total internal reflection from the inclined lead-out faces 12, changes direction and is output through the outer surfaces of the lead-out areas 9 when directly incident on them.
  • the next modification of the Emitter 1 differed from the modification of the Emitter 1 shown in Figs. 1-3 in that the output edges 12 are made inclined to the outer surface of the generation region 8, while the angles ⁇ i and ⁇ 2 are identical in absolute size and equal to 130 °.
  • the output radiation experiences a total internal reflection from the inclined output faces 12, changes direction, and is output through the sapphire substrate 2 transparent to radiation when directly incident on it.
  • the following modification differed from the modification of the Emitter 1 shown in Figs. 6-8 in that it contains four parallel sequences connected in series from the alternating regions of generation 8 (with two sub-regions of generation 18) and output regions 9 located on a heat-removing ceramic plate 20 of aluminum nitride with the corresponding three layers of metallization 21, 22, 23.
  • the input current contact (minus) is connected to the metallization layer 21, and the output current contact (plus) is connected to the metallization layer 23.
  • Injection emitters are used in a wide range of applications as highly efficient solid-state radiation sources (LEDs and superluminescent emitters in a known wide range of wavelengths), including white light sources for lighting.

Description

Инжекционный излучатель
Область техники
Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно, к эффективным, мощным и компактным полупроводниковым инжекционным излучателям, в том числе светодиодам.
Предшествующий уровень техники
Известны различные типы инжекционных излучателей: светодиоды - [S.Nаkаmurа еt аl, Аррl.Рhуs.Lеtt. v.76, 22, 2000], [S.Nаkаmurа еt аl, IEEE Jоurп. Sеlесt. Торiсs Quапtum Еlесtrоп. v.7, 188, 2001], [Y.Nаrukаwа, Орtiсs & Рhоtопiсs Nеws, Арril 2004, рр. 25-29], суперлюминесцентные излучатели - [Gеrаrd А. Аlfопsе еt аl. JEEE Jоurпаl оf Quапtum Еlесtrопiсs, vol.24, No.12, Dec.1988, pp.2454-2457], [А.Т. Sеmепоv еt аl., Еlесtrопiсs Lеttеrs, 1993, vol.29, No.10, pp.854-857].
Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задачи является описанный в [В. И. Швейкин, Россия, Патент на изобретение Ns 2142661 , 29 декабря 1998г.] и [V.l. Shvеуkiп, USA, Patent No. US 6,429,462 B1 , Аug. 6, 2004], инжекционный некогерентный излучатель-прототип, включающий гетероструктуру, содержащую активный слой, ограничительные слои, омические контакты и, по крайней мере с одной стороны активного слоя примыкающую к соответствующему ограничительному слою, по крайней мере одну и по крайней состоящую из одного слоя, прозрачную для излучения область выхода излучения. Область выхода характеризуется показателем преломления noвq, коэффициентом оптических потерь излучения αoвq, см'1, толщиной d0Bq> мкм, где q =1 ,2, .. р определены как целые числа, означающие порядковый номер слоя области выхода, исчисляемый от её границы с гетероструктурой. Гетероструктура с присоединённой к ней областью выхода излучения охарактеризована эффективным показателем преломления nэψ. При этом величины эффективного показателя преломления nЭф и показателя преломления noвi выбраны удовлетворяющими соотношениям: аrссоs (nЭф/ noв1) ≤ (Пэфmin/ Пoвi), причем nЭфmin больше n min, где nЭф тiп - минимальное значение nЭф из всех возможных nэψ для представляющих практическую ценность множества гетероструктур с областями выхода излучения, а п mjП - наименьший из показателей преломления в ограничительных слоях rетероструктуры.
Основным достоинством инжекционного излучателя-прототипа является возможность увеличения эффективности излучателя, достигаемое тем, что в обьеме излучателя-прототипа определенная доля спонтанного излучения сформирована в виде направленного вытекающего излучения с последующим эффективным его выводом. Однако дальнейшее увеличение эффективности ограничено указанной долей направленного спонтанного излучения, определяемой предложенными вариантами излучателей-прототипов, в которых захват спонтанного излучения в волновод и вывод его в виде направленного вытекающего излучения пространственно совмещены.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения поставлена задача создания инжекционного излучателя (далее Излучатель) нового типа, функционирующего в известном широком диапазоне длин волн с контролируемым выводом излучения из активного слоя в виде множества выходных лучей. Техническим результатом предложенного Излучателя является принципально неограниченные его размеры (в первую очередь - длина), существенное увеличение мощности излучения, в том числе увеличение мощности излучения в расчете на 1 мм2 площади Излучателя, существенное увеличение эффективности преобразования электрической энергии подводимой к Излучателю в выходное излучение (далее эффективность), а также рост эффективности с увеличением плотности протекающего тока, увеличение экстракции выводимого излучения, снижение температурной зависимости эффективности Излучателя, уменьшение джоулевых потерь, существенное уменьшение внутренних оптических потерь излучения, увеличение ресурса работы и надежности при упрощении технологического процесса изготовления Излучателя. В соответствии с изобретением указанный выше технический результат достигается тем, что предложен инжекционный „ излучатель, включающий полупроводниковую гетероструктуру, содержащую по крайней мере активный слой и волноводные слои, состоящие по крайней мере из одного подслоя, а также боковые стороны излучателя, слои металлизации, состоящие по крайней мере из одного подслоя, и продольную оптическую ось. Причем в гетероструктуре в направлении продольной оптической оси сформирована по крайней мере одна последовательность из чередующихся области генерации излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти, и области вывода излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти. При этом в указанной выше последовательности на поверхности наружного слоя геτероструктуры со стороны противоположной стороне вывода излучения и на боковых сторонах излучателя, а также в областях генерации на поверхности наружного слоя гетероструктуры со стороны вывода излучения, размещены соответствующие вещества, показатель преломления которых существенно меньше эффективного показателя преломления гетероструктуры в областях генерации. В областях вывода вместе со слоями гетероструктуры имеется полупроводниковый слой втекания, состоящий по крайней мере из одного подслоя и возвышающийся над наружной поверхностью областей генерации. Каждая область вывода с противоположных ее сторон в направлении продольной оптической оси ограничена выводными гранями, расположенными по отношению к наружной поверхности области генерации под определенными линейными углами наклона, соответственно O1 и α2. При этом отношение показателя преломления nвт слоя втекания к эффективному показателю преломления nэψ гетероструктуры в области вывода с включенным в нее слоем втекания определено числом большим единицы.
Существенное отличие предложенного Излучателя состоит в новом, неочевидном и эффективном пути к достижению указанного выше технического результата. Впервые предложено экстракцию излучения из Излучателя осуществлять в два этапа. На первом этапе спонтанное излучение, возникшее в активном слое, захватывается и распростроняется в двух противоположных направлениях вдоль продольной оптической оси жесткого обьемного волновода, сформированного в областях генерации излучения. На втором этапе спонтанное и отчасти и вынужденное (с увеличением плотности тока) излучения попадают в области вывода, которые являются продолжением областей генерации. При этом состав, конструкция и размеры областей вывода и их выводных граней таковы, что выход излучения реализуется в виде вытекающего излучения с контролируемой направленностью и расходимостью. Наилучшие параметры могут быть реализованы, когда ключевой компонент Излучателя (область генерации - область вывода) соответствующих размеров распределен соответствующим образом по площади Излучателя.
Технический результат достигается также тем, что гетероструктура со стороны вывода излучения имеет такие составы и толщины слоев в области генерации, при которых в области генерации со стороны вывода излучения реализуется лишь частичное (неполное) ограничение излучения в гетероструктуре. При этом в области генерации со стороны вывода излучения на наружной поверхности гетероструктуры размещают по крайней мере один слой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения. В отдельных случаях слой металлизации размещают непосредственно на волноводном слое rетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что последовательность из чередующихся областей генерации и областей вывода имеет такие составы и толщины слоев гетероструктуры, при которых на стороне противоположной стороне вывода излучения реализуется лишь частичное (неполное) ограничение излучения в гетероструктуре. При этом на наружной поверхности гетероструктуры с указанной выше стороны размещают по крайней мере один слой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения. В отдельных случаях слой металлизации размещают непосредственно на волноводном слое гетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что области генерации выполняют по крайней мере из двух полосковых подобластей генерации расположенных в направлении продольной оптической оси. Пространство между полосковыми подобластями генерации (в боковых ограничительных областях) заполняют соответствующим веществом, показатель преломления которого меньше эффективного показателя преломления гетероструктуры в указанных подобластях генерации.
Технический результат достигается также тем, что в областях вывода на наружной поверхности слоя втекания размещают соответствующие слои металлизации.
Технический результат достигается также предложенными ниже вариантами исполнения областей вывода Излучателя.
Линейные углы наклонов выводных граней Q1 и a2 выбирают с одинаковыми по абсолютной величине значениями равными (тг/2). При этом толщина, расположенного в области вывода, слоя втекания превышает длину области вывода умноженную на тангенс угла φ вытекания излучения из активного слоя в слой втекания, где угол φ определен как арккосинус отнощения nЭф к nвт. Практически при отсутствии просветляющих оптических покрытий на выводных гранях толщину слоя втекания выбирают равной двум или трем длинам области вывода умноженным на тангенс угла вытекания φ.
В следующем варианте линейные углы O 1 H a 2 выбирают с одинаковыми по абсолютной величине значениями равными (тг/2)+(φ). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму трапеции. Для увеличения эффективности Излучателя на выходные грани областей вывода излучения наносят просветляющие оптические покрытия. Толщина слоя втекания в области вывода излучения выбирается не менее чем длина области вывода излучения умноженная на тангенс угла вытекания φ и делённая на единицу плюс квадрат тангенса угла вытекания φ.
В другом варианте линеные углы (X1 и α2 выбирают с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными (тr/4)+(φ/2). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму перевернутой трапеции, а выходное излучение выводят через наружную поверхность области вывода излучения при прямом падении на нее.
В следующем варианте линейные углы α-ι и α2 выбирают с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными (Зтг/4) - (φ/2). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму трапеции, а выходное излучение выводят через подложку при прямом падении на неё. Для увеличения эффективности Излучателя на подложку по крайней мере в местах выхода излучения присоединяют просветляющие оптические покрытия.
Технический результат достигается также тем, что Излучатель включает по крайней мере две последовательности из чередующихся областей генерации и областей вывода, соединенные по току параллельно. Этим достигается соответствующее увеличение мощности излучения.
Технический результат достигается также тем, что Излучатель включает по крайней мере две последовательности из чередующихся областей генерации и областей вывода, соединенные по току последовательно. Этим достигается соответствующее увеличение мощности излучения.
Технический результат достигается также тем, что Излучатель содержит на стороне вывода излучения соответствующее люминесцентное вещество. Этим достигается соответствующее преобразование спектрального состава излучения, в том числе получение белого света.
Технический результат достигается также тем, что Излучатель содержит на стороне вывода излучения соответствующее эпоксидное вещество, имеющее соответствующую форму и соответствующее значение показателя преломления. Этим достигается соответствующее угловое распределение выходного излучения и увеличение эффективности Излучателя.
Существом настоящего изобретения является создание в интегральном исполнении нового типа Излучателя с поверхностным выводом излучения из активного слоя в виде множества лучей, основанного на предложенном, оригинальном, эффективном и неочевидном способе вывода излучения, использующим свойства вытекающего излучения. Предложенный оригинальный и неочевидный ключевой компонент Излучателя: область генерации излучения - область вывода излучения, распределенный вдоль всей длины (принципиально неограниченной) Излучателя, обеспечивает эффективный захват (сбор) излучения в оптический волновод области генерации с последующим эффективным выводом из области вывода в виде вытекающего излучения с контролируемой направленностью и расходимостью. Излучатель характеризуется принципиально неограниченными размерами, высокой эффективностью экстракции излучения, низкими внутренними оптическими потерями, низкими джоулевыми потерями, низкой плотностью мощности излучения на выводных гранях и, как следствие этого, обеспечивает достижение технического результата, приведенного на cтp.2.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется фигурами 1 - 14.
На Фиг.1 схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя с чередующимися полосковыми областями генерации и областями вывода на сапфировой подложке, при этом выводные грани областей вывода перпендикулярны к наружной поверхности области генерации.
На Фиг.2 схематически изображен вид сверху Излучателя при снятом слое металлизации с областей генерации и примыкающим к ним боковых ограничительных областей, продольное сечение которого (Излучателя) изображено на Фиг.1.
На Фиг.З схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.1.
На Фиг.4 схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя, в котором со стороны противоположной стороне вывода излучения к ограничительному слою гетероструктуры присоединены слой металлизации, токопроводящая пластина и теплоотводящее основание.
На Фиг.5 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.4.
На Фиг.б схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя через одну из трех подобластей генерации, при этом слои металлизации со стороны вывода излучения и со стороны протипоположной ей присоединены непосредственно к волноводным слоям гетероструктуры.
На Фиг.7 схематически изображен вид сверху Излучателя при снятом слое металлизации с областей генерации, продольное сечение которого (Излучателя) через одну из трех подобластей генерации изображено на Фиг.б. На Фиг.8 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.6.
На Фиг.9 схематически изображен вид сверху Излучателя с присоединенными слоями металлизации к областям вывода излучения, продольное сечение которого через одну из трех подобластей генерации без указанных слоев металлизации совпадает с изображением на Фиг.6.
На Фиг.10 схематически изображен вид сверху Излучателя с тремя последовательностями из чередующихся областей генерации и областей вывода параллельно соединенными по току, продольное сечение которого (Излучателя) вдоль одной из указанных последовательностей совпадает с изображением на Фиг.1.
На Фиг.11-13 схематически изображены (без слоев металлизации) продольные сечения предлагаемых Излучателей с чередующимися областями генерации и областями вывода излучения, выводные грани которых наклонены и образуют с наружной поверхностью областей генерации линейные углы наклона на Фиг.11 - равные (тт/2)+(φ), на Фиг.12 - равные (тr/4)+(φ/2), на Фиг.13 - равные (Зπ/4)-(φ/2).
На Фиг.14 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя с четырьмя последовательностями из чередующихся областей генерации 8 (включающих по две подобласти генерации 18) и областей вывода 9, соединенных по току последовательно.
Варианты осуществления изобретения
В дальнейшем изобретение поясняется вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций Излучателя не являются единственными и предполагают наличие других реализаций, в том числе в известных дипазонах длин волн, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы изобретения.
Предложенный Излучатель 1 (см. Фиг.1 - 3) содержит на подложке 2 гетероструктуру на основе соединений AIGaInN с активным InGaN слоем 3, волноводными слоями 4, 5, и ограничительными слоями 6, 7 из AIGaN, соответственно со стороны вывода излучения и с противоположной ей стороны, а именно со стороны подложки 2. В качестве подложки 2 использован непроводящий сапфир (AI2O3), имеющий показатель преломления 1,77. Длина волны лазерного излучения выбрана равной 0,45 мкм. Последовательность из чередующихся полосковых областей генерации 8 и областей вывода 9 Излучателя 1 расположена в направлении выбранной продольной оптическрй оси. С боковых сторон указанные области 8 и 9 ограничены боковыми ограничительными областями 10, выполненными из диэлектрика A^O3. В области генерации 8, как со стороны вывода излучения, так и со стороны подложки 2 составы и толщины, соответственно, ограничительных слоев 6 и 7 выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре. Область вывода 9 в отличие от области генерации 8 содержит дополнительный полупроводниковый слой втекания излучения 11 , выполненный из GaN, и его отличительной особенностью является то, что его показатель преломления nвт превышает эффективный показатель преломления nэψ гетероструктуры с включенным в нее слоем втекания 11. Выводные грани 12, ограничивающие вдоль продольной оси область вывода 9, перпендикулярны к наружной поверхности области генерации, при этом линейные углы он и α2 по абсолютной величине одинаковы и равны 90°. В этом случае области вывода 9, возвышающиеся над наружными поверхностями областей усиления 8, имеют форму прямоугольного параллепипеда. Толщина ограничительного слоя 6 в области вывода 9 и в области генерации 8 неодинаковы (см. Фиг.1). Со стороны вывода излучения на р-типа легированный ограничительный слой б в области генерации 8, и на боковые ограничительные области 10 вдоль всей длины Излучателя 1 присоединен подслой металлизации 13, который состоит из серебра, имеющего коэффициент отражения при прямом падении излучения примерно 95%. Со стороны сапфировой подложки 2 так называемый "латериальный контакт" сформирован присоединением слоя металлизации 14 к легированному п-типа ограничительному слою 7. Длина Излучателя 1 выбрана равной 4010 мкм. Длины всех областей генерации 8 и областей вывода 9 выбраны, соответственно, равными 40 мкм и 10 мкм, при этом количество сформированных в Излучателе 1 областей генерации 8 и областей вывода 9, соответственно, равно 80 и 81 (на Фиг.1 приведено, соответственно, только две и три). Толщина слоя втекания 11 в области вывода 9 выполнена равной 4 мкм. Выходное излучение Излучателя 1 состоит из 160 лучей, половина из которых направлена в одном направлении вдоль продольной оптической оси, а другая половина - в обратном. Соответствующим подбором составов и толщин слоев гетероструктуры и слоя втекания 11 угол вытекания φ выбран равным 10°. При этом угол преломления β на выводных гранях 12 выходных лучей был получен равным 25°. Выбранная толщина (4 мкм) слоя втеканияi 1 примерно равна произведению длины области вывода излучения 9 умноженной на два тангенса угла вытекания φ. В этом случае расчётная доля вывода излучения при двухкратном падении лучей на выводную грань 12 составляет примерно 93%. Дифракционная расходимость каждого луча равна 7,3°. Оценочная величина эффективности Излучателя 1 (без учета омических потерь) находится в пределах 70% - 85%.
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.4 - 5) отличалась от предыдущей тем, что вместо удаленной сапфировой подложки 2 [M. Кпеissl еt аl, IEEE Jоurп. Sеlесt. Торiсs Quаrιt. Еlесtrоп., v.7 p.188, 2001] к ограничительному слою 7 был присоединен слой металлизации 15, состоящий из серебра. Далее Излучатель 1 вместе с присоединенной токопроводящей пластиной 16 (коэффициент термического расширения которой согласован с GaN) был устанавлен на медное теплоотводящее основание 17.
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.б - 8) отличалась от предыдущей тем, что каждая область генерации 8 состояла из 100 полосковых подобластей генерации 18 шириной (на Фиг.б - 8 приведены только три) по 2 мкм каждая. При этом ширина областей вывода 9 была равна 400 мкм. Боковые области 10, ограничивающие подобласти генерации 18 практически на всю толщину гетероструктуры, вдоль всей длины Излучателя 1 заполнены диэлектриком из AI2O3. Поверх подобластей генерации 18 и боковых ограничительных областей 10 нанесен подслой металлизации 13 (на Фиг.7 не показан). Другим отличием Излучателя 1 является то, что подслои металлизации 13 и 15 присоединены непосредственно к волноводным слоям 4 и 5.
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиr.9) отличалась от предыдущей, тем, что к слою втекания 11 областей вывода 9 были присоединены соответствующие слои металлизации 19. Параллельное соединение по току всех областей вывода 9 выполнено на уровне наружной поверхности слоя втекания 11 расширением слоев металлизации 19 на одну из боковых сторон Излучателя 1. При этом параллельное соединение по току всех подобластей генерации 18 выполнено нанесением подслоя металлизации 13 на противоположной боковой стороне Излучателя 1 (на Фиг.9 подслой металлизации 13 на подобластях генерации 18 не показан).
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.10) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3 тем, что Излучатель 1 содержит 300 (на рисунке показано три) последовательностей из чередующихся областей генерации 8 и областей вывода 9, соединенных по току параллельно, в которых ширина областей вывода 9 была выполнена одинаковой с шириной областей генерации 8 и равной 2 мкм. Со стороны вывода излучения на Излучатель 1 нанесены соответствующие люминесцентные фосфоры, а поверх них соответствующей формы эпоксидная смола (на рисунках не показаны) с показателем преломления близким к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области вывода излучения.
Предложенный Излучатель 1 (см. Фиг.11) отличался от модификации Излучателя 1 изображенной на Фиг.1-3 тем, что выводные грани 12, ограничивающие области вывода 9 вдоль продольной оптической оси, выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом линейные углы Ci1 и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны 100°. Для этой модификации каждый выходной луч излучения падает под прямым углом на наклонную выводную грань 12 и напрямую выводится из Излучателя 1.
Предложенный Излучатель 1 отличается от предыдущей модификации тем, что на выводные грани 12, выходное излучение из которых направлено в одном выбранном направлении вдоль продольной оптической оси, нанесены просветляющие оптические покрытия (на рисунках не показаны) с коэффициентом отражения 98%.
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.12) отличалась от модификации Излучателя 1 изображенной на Фиг.4-5 тем, что выводные грани 12 выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом углы O1 и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны 50°. Для этой модификации выходное излучение испытывает полное внутреннее отражение от наклонных выводных граней 12, меняет направление и выводится через наружные поверхности областей вывода 9 при прямом падении на них.
Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.13) отличалась от модификации Излучателя 1 , изображенной на Фиг.1-3 тем, что выводные грани 12, выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом углы αi и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны 130°. Для этой модификации выходное излучение испытывает полное внутреннее отражение от наклонных выводных граней 12, меняет направление и выводится через прозрачную для излучения сапфировую подложку 2 при прямом падении на неё.
Следующая модификация (cм.Фиг14) отличалась от модификации Излучателя 1, изображенного на Фиг.6-8 тем, что содержит соединенные последовательно по току четыре параллельные последовательности из чередующихся областей генерации 8 (с двумя подобластями генерации 18) и областей вывода 9, размещенные на теплоотводящей керамической пластине 20 из нитрида алюминия с соответствующими тремя слоями металлизации 21 , 22, 23. я, Входной токовый контакт (минус) соединен со слоем металлизации 21 , а выходной токовый контакт (плюс) - со слоем металлизации 23.
Промышленная применимость
Инжекционные излучатели используются в широком диапазоне применений в качестве высокоэффективных твердотельных источников излучения (светодиодов и суперлюминесцентных излучателей в известном широком интервале длин волн), в том числе источников излучения белого света для освещения.

Claims

Формула изобретения
1. Инжекционный излучатель, включающий полупроводниковую гетероструктуру, содержащую по крайней мере активный слой и волноводные слои, состоящие по крайней мере из одного подслоя, а также боковые стороны излучателя, слои металлизации, состоящие по крайней мере из одного подслоя, и продольную оптическую ось, отличающийся тем, что в гетероструктуре в направлении продольной оптической оси сформирована по крайней мере одна последовательность из чередующихся области генерации излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти, и области вывода излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти, при этом в указанной выше последовательности на поверхности наружного слоя гетероструктуры со стороны противоположной стороне вывода излучения и на боковых сторонах излучателя, а также в областях генерации на поверхности наружного слоя гетероструктуры со стороны вывода излучения, размещены соответствующие вещества, показатель преломления которых существенно меньше эффективного показателя преломления гетероструктуры в областях генерации, в областях вывода вместе со слоями гетероструктуры имеется полупроводниковый слой втекания, состоящий по крайней мере из одного подслоя и возвышающийся над наружной поверхностью областей генерации, каждая область вывода с противоположных ее сторон в направлении продольной оптической оси ограничена выводными гранями, расположенными по отношению к наружной поверхности области генерации под определенными линейными углами наклона, соответственно O1 и α2, и отношение показателя преломления nвт слоя втекания к эффективному показателю преломления nэψ гетероструктуры в области вывода с включенным в нее слоем втекания определено числом большим единицы.
2. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что гетероструктура со стороны вывода излучения имеет такие составы и толщины слоев в области генерации, при которых в области генерации со стороны вывода излучения реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре, при этом в области генерации со стороны вывода излучения на наружной поверхности гетероструктуры размещен по крайней мере один слой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения.
3. Инжекционный излучатель по п.2, отличающийся тем, что слой металлизации размещен на волноводном слое гетерострукrуры.
4. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что последовательность из чередующихся областей генерации и областей вывода имеет такие составы и толщины слоев гетероструктуры, при которых на стороне противоположной стороне вывода излучения реализовано лишь частичное ограничение излучения в rетероструктуре, при этом на наружной поверхности гетероструктуры с указанной выше стороны размещен по крайней мере один слой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения.
5. Инжекционный излучатель по п.4, отличающийся тем, что слой металлизации размещен на волноводном слое гетероструктуры.
6. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что области генерации состоят по крайней мере из двух полосковых подобластей генерации расположенных в направлении продольной оптической оси, пространство между которыми заполнено соответствующим веществом, показатель преломления которого меньше эффективного показателя преломления гетероструктуры в указанных подобластях генерации.
7. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что в областях вывода на наружной поверхности слоя втекания размещены соответствующие слои металлизации.
8. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что линейные углы Q1 и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны (тr/2), при этом толщина расположенного в области вывода слоя втекания превышает длину области вывода умноженную на тангенс угла φ вытекания излучения из активного слоя в слой втекания, где угол φ определен как арккосинус отнощения nэψ к nвт.
9. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что линейные углы O1 и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны (тr/2) + (φ).
10. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что линейные углы Oi и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны (тг/4) + (φ/2).
11. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что линейные углы Q1 и α2 одинаковы по абсолютной величине и равны (Зтт/4) - (φ/2).
12. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что включает по крайней мере две последовательности из чередующихся областей генерации и областей вывода, соединенные по току параллельно.
13. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что включает по крайней мере две последовательности из чередующихся областей генерации и областей вывода, соединенные по току последовательно.
14. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что содержит на стороне вывода излучения соответствующее люминесцентное вещество.
15. Инжекционный излучатель по п.1 , отличающийся тем, что содержит на стороне вывода излучения соответствующее эпоксидное вещество, имеющее соответствующую форму и соответствующее значение показателя преломления.
PCT/RU2006/000361 2005-08-05 2006-07-07 Source lumineuse a injection WO2007018450A1 (fr)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/997,883 US8204092B2 (en) 2005-08-05 2006-07-07 Injector emitter
EP06769575A EP1923923A1 (en) 2005-08-05 2006-07-07 Injection radiator
JP2008524926A JP4884471B2 (ja) 2005-08-05 2006-07-07 インジェクションエミッタ
CA2617910A CA2617910C (en) 2005-08-05 2006-07-07 Injection emitter
KR1020087004503A KR101049714B1 (ko) 2005-08-05 2006-07-07 인젝션 에미터
CN2006800275883A CN101233623B (zh) 2005-08-05 2006-07-07 注入式发射器
IL189031A IL189031A0 (en) 2005-08-05 2008-01-24 Injection emitter
HK09100819.0A HK1123629A1 (en) 2005-08-05 2009-01-23 Injection radiator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005124939 2005-08-05
RU2005124939/28A RU2300826C2 (ru) 2005-08-05 2005-08-05 Инжекционный излучатель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007018450A1 true WO2007018450A1 (fr) 2007-02-15

Family

ID=37727566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000361 WO2007018450A1 (fr) 2005-08-05 2006-07-07 Source lumineuse a injection

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8204092B2 (ru)
EP (1) EP1923923A1 (ru)
JP (1) JP4884471B2 (ru)
KR (1) KR101049714B1 (ru)
CN (1) CN101233623B (ru)
CA (1) CA2617910C (ru)
HK (1) HK1123629A1 (ru)
IL (1) IL189031A0 (ru)
RU (1) RU2300826C2 (ru)
WO (1) WO2007018450A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100969128B1 (ko) 2008-05-08 2010-07-09 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 그 제조방법
JP7216270B2 (ja) * 2018-09-28 2023-02-01 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1829853A1 (ru) * 1991-06-28 1994-11-30 Научно-исследовательский институт "Полюс" Многолучевой полупроводниковый инжекционный излучатель
RU2142661C1 (ru) * 1998-12-29 1999-12-10 Швейкин Василий Иванович Инжекционный некогерентный излучатель
US6057562A (en) * 1997-04-18 2000-05-02 Epistar Corp. High efficiency light emitting diode with distributed Bragg reflector
RU2208268C2 (ru) * 2000-07-14 2003-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИКО" Инфракрасный полупроводниковый излучатель

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19629920B4 (de) * 1995-08-10 2006-02-02 LumiLeds Lighting, U.S., LLC, San Jose Licht-emittierende Diode mit einem nicht-absorbierenden verteilten Braggreflektor
US5779924A (en) * 1996-03-22 1998-07-14 Hewlett-Packard Company Ordered interface texturing for a light emitting device
US5818860A (en) * 1996-11-27 1998-10-06 David Sarnoff Research Center, Inc. High power semiconductor laser diode
RU2134007C1 (ru) * 1998-03-12 1999-07-27 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Полупроводниковый оптический усилитель
RU2142665C1 (ru) * 1998-08-10 1999-12-10 Швейкин Василий Иванович Инжекционный лазер
US20020109148A1 (en) * 1998-12-29 2002-08-15 Shveykin Vasily I. Injection incoherent emitter
US6486499B1 (en) * 1999-12-22 2002-11-26 Lumileds Lighting U.S., Llc III-nitride light-emitting device with increased light generating capability
JP4543488B2 (ja) 2000-03-24 2010-09-15 ソニー株式会社 半導体レーザ発光装置
US6777871B2 (en) * 2000-03-31 2004-08-17 General Electric Company Organic electroluminescent devices with enhanced light extraction
DE60336063D1 (de) * 2002-05-31 2011-03-31 Childrens Hosp Medical Center Verfahren, zusammensetzung und kit für die antigenbindung von norwalk-ähnlichen viren
JP4634081B2 (ja) * 2004-03-04 2011-02-16 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ
RU2278455C1 (ru) * 2004-11-17 2006-06-20 Василий Иванович Швейкин Гетероструктура, инжекционный лазер, полупроводниковый усилительный элемент и полупроводниковый оптический усилитель

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1829853A1 (ru) * 1991-06-28 1994-11-30 Научно-исследовательский институт "Полюс" Многолучевой полупроводниковый инжекционный излучатель
US6057562A (en) * 1997-04-18 2000-05-02 Epistar Corp. High efficiency light emitting diode with distributed Bragg reflector
RU2142661C1 (ru) * 1998-12-29 1999-12-10 Швейкин Василий Иванович Инжекционный некогерентный излучатель
RU2208268C2 (ru) * 2000-07-14 2003-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ИКО" Инфракрасный полупроводниковый излучатель

Also Published As

Publication number Publication date
CN101233623B (zh) 2012-06-27
KR20080046167A (ko) 2008-05-26
CA2617910A1 (en) 2007-02-15
CN101233623A (zh) 2008-07-30
JP4884471B2 (ja) 2012-02-29
US20080219310A1 (en) 2008-09-11
CA2617910C (en) 2013-04-02
EP1923923A1 (en) 2008-05-21
US8204092B2 (en) 2012-06-19
KR101049714B1 (ko) 2011-07-19
IL189031A0 (en) 2008-08-07
HK1123629A1 (en) 2009-06-19
JP2009503886A (ja) 2009-01-29
RU2300826C2 (ru) 2007-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6150998B2 (ja) 内部および外部光学要素による光取出しを向上させた発光ダイオード
US7352006B2 (en) Light emitting diodes exhibiting both high reflectivity and high light extraction
RU2142661C1 (ru) Инжекционный некогерентный излучатель
US6943377B2 (en) Light emitting heterostructure
JP4713190B2 (ja) 面内発光層を含む半導体発光素子
US7776629B2 (en) High efficiency light emitting diode (LED) with optimized photonic crystal extractor
JP5511114B2 (ja) 光抽出を向上させた微小発光ダイオードアレイ
TWI357700B (en) Opto-electronic semiconductor device
US20080169479A1 (en) Light-emitting diode
RU2552867C2 (ru) Светодиод высокой яркости с шероховатым активным слоем и соответствующим по форме покрытием
JP2013175750A (ja) 半導体チップおよび半導体チップの製造方法
WO2005088741A1 (en) Anti-reflected high efficiency light emitting diode device
TW200401459A (en) GaN based led lighting extraction efficiency using digital diffractive phase grating
JP2006339656A (ja) 発光ダイオード
JP7178712B2 (ja) 半導体素子
KR102568298B1 (ko) 반도체 소자
JP2003086838A (ja) 発光素子
KR20110137814A (ko) 발광다이오드
JP2010187033A (ja) 放射放出する半導体構成素子および該半導体構成素子の製造方法
WO2007018450A1 (fr) Source lumineuse a injection
TWI233700B (en) Radiation-emitting semiconductor component and its production method
RU2300835C2 (ru) Инжекционный лазер
JP7209331B2 (ja) 半導体素子
CN1910796A (zh) 半导体激光器
KR102618972B1 (ko) 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680027588.3

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 189031

Country of ref document: IL

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2617910

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11997883

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008524926

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 306/MUMNP/2008

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020087004503

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006769575

Country of ref document: EP