[发明专利]非矩形发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及通常发光器件，特别是具有降低自吸收和增强光出射的发光器件。

背景技术

近年，由于技术和价格优势，固态光源，如发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)，正在逐渐取代白炽灯和日光灯等传统光源。目前市场上已经有一些厂家提供发光效率超过每瓦100流明的高效LED白光灯。与传统光源不同，固态光源的光是由固体材料本身产生的。大部分发光材料的折射率n都大于2，即远大于空气或自由空间的折射率(n＝1)。光学界面如果界面处折射率不匹配就会导致3种机制的光损耗：

1)Fresnel损耗或反射损耗(Fresnel/reflection loss)；

2)沿界面传播的损耗波所造成的界面损耗；

3)全内反射。当光从光密媒质传播到光疏媒质且入射角大于临界角时，光会发生全内反射。

关于全内反射对固态光源出光率的影响，以氮化镓(GaN)可见光LED为例，未经处理的光亮平面方形芯片大约只能出射8％的在InGaN量子阱中所产生的光。

因此，如何减少光从固态光源内部到自由空间的传播损耗，或者说，如何提高固态光源的出光效率是关系固态光源应用前景的重要因素。

为了减少光损耗，直观有效的方法之一就是尽量减少界面处折射率的不连续性。在现有技术中，如见美国专利7,783,212，折射率渐变光学界面是减少光学损耗的有效途径。

方法之二就是尽量避免全内反射，如中村秀二的球型LED封装技术(美国专利申请号2008/0121918)，或表面粗化技术(如美国专利号7,422,962；7,355,210)，或LED芯片倒角技术(如美国专利7,652,299，6,229,160针对增加出光锥)，以及光子晶体技术(如美国专利号5,955,749；7,166,870；7,615,398；7,173,289；7,642,108；7,652,295；7,250,635；针对特定波长增强光自发辐射率和光出射)。

近年，利用贵重金属纳米颗粒中的等离子体激元来增加对晶体中的光散射和能量传递以增加晶体出光效率的方法也已见端倪，如SemiLEDs的美国专利7,413,918和Sanyo的美国专利6,998,649。

综上所述，现有技术中增加出光效率的方法都较显著地增加了生产制造成本。

发明内容

本发明披露了新的增加固态光源出光效率的方法。本发明中的某些实例在提高出光效率的同时不增加生产成本，甚至可以显著降低生产成本。

本发明的一方面在于提供更大侧面积的等面积固态光源芯片以增加侧面出光。另一方面在于改变现有的发光芯片的正方形或长方形的形状，以减少光在芯片中的多次全内反射，进一步减少光在芯片中的光程，以减少芯片自吸收带来的光损耗。

本发明的高出光效率的芯片，包括外延生长衬底、半导体外延层、电极；其中，半导体外延层包括N-类型限制层、发光层和P-类型限制层；电极包括N-电极和P-电极；半导体外延层形成在外延衬底上，N-电极和P-电极分别形成在N-类型限制层和P-类型限制层上；其特征在于，芯片的顶视形状是非正方形或非矩形；生长衬底的侧面的形状是矩形或梯形或倒梯形。半导体外延层的侧面的形状是矩形或梯形或倒梯形。芯片的顶视形状是从一组形状中选出，该组形状包括，三角形、四边形、五边形、六边形、七边形，和八边形。四边形包括平行四边形和菱形。

芯片的顶视图是平行四边形时，平行四边形芯片的相邻两边的长度的比例优选在0.1到10之间。

芯片的顶视图是平行四边形时，平行四边形芯片的最大的内角优选要大于100°，或大于120°；或者在100-150°之间。

芯片的顶视图是三角形时，其最大的内角优选要大于100°，或大于120°；或者在100-150°之间。

生长衬底的材料是从一组材料中选出，该组材料包括硅，氮化镓，氮化铝，砷化镓，氧化锌，尖晶石，锂酸铝，蓝宝石和碳化硅。

半导体外延层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，III族氮化物、III族砷化物，III族磷化物，III族氮磷化合物，II-VI族化合物。其中，III族氮化物材料包括：镓、铝、铟、氮的三元系、四元系材料，包括GaN、AlGaN，GaInN、AlGaInN。III族氮化物材料外延层的外延生长晶面是从一组晶面中选出，该组晶面包括：c-面、a-面、m-面，和r-面。III族氮化物材料外延层的外延生长晶面是从一组晶面中选出，该组晶面包括：(00.1)面、(11.0)-面、(10.0)-面，和(11.2)-面。