[发明专利]高亮度发光装置

说明书

本发明涉及一种发光装置，更具体而言，涉及例如一发光二极管的一高亮度发光装置。

具有高外部量子效率(external quantum effciency)的发光二极管是节省能源装置，并且具有于不久的将来完全取代白热灯(incandescent lamp)，例如交通标志以及汽车照明设备的应用的潜力。

发光二极管(light emitting diode，LED)的外部量子效率是内部量子效率(internal quantum efficiency)以及抽出效率(extraction effciency)的乘积。内部量子效率是由材料特性与品质所决定。直接能带间隙(direct bandgap)III-V族半导体发光二极管，其可以形成良好的载流子限制双多层结构(carrierconfinement double heterostructure)，通常具有高内部量子效率，然而，其外部量子效率却是低的，主要是由于吸收以及内部反射。抽出效率是指能够逃离发光二极管到周遭空气或封装环氧树脂的光线，占所产生的光线的比例；通常发光二极管晶片，相较于空气的1.0以及环氧树脂的大约1.5，具有较高的折射率，典型为3.4，因为内部反射(internal reflection)的临界角度是由史奈尔定律(Snell′s law)所决定，导致对于空气的临界角度为17度，以及对于环氧树脂为26度。因此，只有放射角度小于临界角度的部分光线能够逃离发光二极管晶片。对于大部分的半导体发光二极管而言，临界角度都是非常的小，大部分产生在P/N结(P/N junction)处的光线会被完全反射回去，并且最后被发光二极管晶片内部所吸收。

已经有许多尝试用以降低总内部反射以及后续的吸收，藉由外延起飞(epitaxy lifoff)技术将光学薄双多层结构从基底分离开来、将多层结构装置于一高反射比镜之上、以及将薄膜表面纹理化(texturing)，如下列中所述：(1)“超高自发放射量子效率，99.7％内部以及72％外部，从AlGaAs/GaAs/AlGaAs双多层结构(Ultrahigh spontaneous emission quantumefficiency，99.7％internally and 72％externally，from AlGaAs/GaAs/AlGaAsdouble heterostructures)”，I.Schnitzer，E.Yablonovitch，C.Caneau以及T.J.Gmitter等著，Appl.Phys.Lett.62(2)，1993年1月11日，第131-133页；(2)“从表面被纹理化、薄膜发光二极管30％外部量子效率(30％EXternalquantum effciency from surface textured，thin-film light emitting diodes)”I.Schnitzer and E.Yablonovitch，C.Caneau，T.J.Gmitter以及A.Scherer等著，Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，第2174-2176页；以及(3)“藉由外连接侧面波引导模式的具有31％外部量子效率的发光二极管(Lightemitting diodes with 31％ external quanturm effciency by outcoupling of lateralwaveguide modes)”，R.Windisch，P.Heremans，A.Knobloch，P.Kiesel，G.H.Dohler，B.Dutta以及G.Borghs等著，Appl.Phys.Lett.74(16)，1999年4月19日，第2256-2258页。虽然抽出效率有提升，但是，由于难以处理这样的薄膜发光二极管结构，外延起飞技术并不适合于低成本大量制造；由于厚度只有数微米，薄膜结构容易于发光二极管晶片制造过程中断裂变成许多小片。