СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДА Российский патент 2016 года по МПК H01L27/15 H01L33/00 

Изобретение относится к электронной полупроводниковой промышленности и может быть использовано в производстве светодиодных источников света.

Известен способ изготовления светодиода [Пат. 1819488, Российская Федерация, МПК H01L 33/00, опубл. 20.05.1995 - аналог], включающий формирование на держателе с излучающим кристаллом светопроницаемого отражателя, задняя поверхность которого имеет форму купола, в частности в форме параболической поверхности и с углублением на передней поверхности, дном которого является линза со сферической поверхностью, фокус которой совмещен с фокусом параболоида и кристаллом. При этом на боковую поверхность отражателя нанесено отражающее покрытие, а на его торцевую поверхность и поверхность линзы нанесено просветляющее покрытие.

Хотя эти сложные технологические операции позволяют несколько увеличить силу излучения светодиода, однако, этому способу изготовления изделия присущи существенные недостатки:

- необходимость точного расчета параметров оптической системы светодиода, введение дополнительных операций по формированию прецизионных размеров параболоида и линзы, в частности апертурного угла линзы, который существенно влияет на параметры светодиода;

- необходимость нанесения двух типов покрытий на отлитые по формам оптические детали, в частности на отражатель необходимо нанести отражающее покрытие, которое не должно попасть на линзу, а на торец отражателя и на линзу необходимо нанести просветляющее покрытие, которое не должно попасть на отражатель.

Эти операции существенно увеличивают производственный цикл изготовления светодиода и усложняют его технологию производства.

Известен также способ изготовления светодиода [Пат. 2504867, Российская Федерация, МПК H01L 33/40, опубл. 20.07.2013 - прототип], включающий создание гетероструктуры на основе нитрида галлия, на поверхность которой путем магнетронного распыления с отведением электронной бомбардировки наносится просветляющее покрытие из диоксида кремния с оптической толщиной, равной λ/4. При этом на просветляющем покрытии формируют микрорельефную поверхность упорядоченной структуры в виде наноострий посредством электроннолучевой литографии и последующего травления диоксида кремния. За счет этого повышается квантовая эффективность светодиода.

Недостатком данного способа является то, что наряду с основными операциями технологического производства требуются дополнительные операции, включающие, например, такие тонкие операции как нанесение слоя диоксида кремния в вакууме методом магнетронного распыления с отведением электронной бомбардировки от гетероструктуры и формирование строго упорядоченной структуры в виде наноострий в самом нанесенном слое диоксида кремния.

В результате этого усложняется технология изготовления светодиодного изделия.

Технической задачей изобретения является разработка способа, позволяющего упростить технологию изготовления светодиода, достигая при этом повышения его силы излучения за счет манипулирования коэффициентом пропускания световыводящего элемента.

Технический результат, заключающийся в упрощении технологии изготовления светодиода, достигается тем, что в способе изготовления светодиода, по которому полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий элемент соединяют в единый излучающий элемент, причем на наружную поверхность световыводящего элемента наносят защитное просветляющее покрытие, согласно настоящему изобретению защитное просветляющее покрытие выполняют из материала, показатель преломления которого в $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ раз меньше показателя преломления материала световыводящего элемента, где n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия, n_Э - показатель преломления материала световыводящего элемента, при этом толщину h_П просветляющего покрытия задают из условия получения максимального коэффициента пропускания световыводящего элемента по формуле

где d₀ - оптическая толщина просветляющего покрытия, n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия.

Световыводящий элемент может быть выполнен из фианита, при этом отношение $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ выбирают соответствующим величине не менее 0,65.

При реализации способа изготовления светодиода на наружную поверхность световыводящего элемента наносят один или более слоев защитного просветляющего покрытия, удовлетворяя требованиям на технические характеристики создаваемого светодиода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема светодиода, который изготавливают согласно предлагаемому способу, а на фиг. 2 представлены спектральные характеристики пропускания световыводящего элемента указанного светодиода (I - спектральная характеристика светодиода без покрытия, II - спектральная характеристика светодиода с нанесенным защитным просветляющим покрытием на его наружной поверхности).

Цифрами на чертеже (фиг. 1) обозначены

1 - полупроводниковый излучатель,

2 - контакты для подключения питающего напряжения,

3 - световыводящий (оптический) элемент,

4 - защитное просветляющее покрытие.

Светодиод содержит полупроводниковый излучатель 1, световыводящий оптический элемент 3, а также контакты 2 для подключения питающего напряжения, при этом световыводящий элемент 3 выполнен в виде полусферы, а полупроводниковый излучатель 1 установлен в центре полусферы.

Согласно способу изготовления светодиода полупроводниковый излучатель 1 и прозрачный световыводящий элемент 3 соединяют в единый излучающий элемент, причем на наружную поверхность световыводящего элемента 3 наносят защитное просветляющее покрытие 4.

Предлагаемый способ изготовления светодиода отличается тем, что защитное просветляющее покрытие 4 выполняют из материала, показатель преломления которого в $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ раз меньше показателя преломления материала световыводящего элемента 3, где n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия 4, n_Э - показатель преломления материала световыводящего элемента 3, при этом толщину h_П просветляющего покрытия 4 задают из условия получения максимального коэффициента пропускания световыводящего элемента 3 по формуле

где d₀ - оптическая толщина просветляющего покрытия 4, n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия 4.

Световыводящий элемент 3 может быть выполнен из фианита, при этом отношение $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ выбирают соответствующим величине не менее 0,65.

Защитное просветляющее покрытие 4 наносят как однослойным, так и в несколько слоев в зависимости от технических характеристик, предъявляемых к светодиоду. Посредством манипулирования отношением $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ , выбирая различные материалы защитного просветляющего покрытия 4 и световыводящего элемента 3, изменяют коэффициент пропускания световыводящего элемента 3 и тем самым достигают увеличения силы излучения изготавливаемого светодиода.

Пример конкретной реализации способа.

Полупроводниковый излучатель 1 и прозрачный световыводящий элемент 3 соединяют в единый излучающий элемент.

На наружную поверхность световыводящего элемента 3 наносят химическим способом однослойное защитное просветляющее покрытие 4.

Защитное просветляющее покрытие 4 выполняют из фторида магния MgF2, показатель преломления которого n_П=1,38.

Световыводящий элемент 3 выполняют из фианита, показатель преломления которого n_Э=2,10, при этом отношение $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ соответствует величине 0,65.

Задают толщину h_П просветляющего покрытия (при показателе преломления n_П=1,38 и оптической толщине d₀=0,25 мкм), равную 0,18 мкм.

При этих значениях получают максимальный коэффициент пропускания световыводящего элемента 3 из фианита, равный 0,99, а сила излучения светодиода, изготовленного согласно предлагаемому изобретению, равна 102 мВт/ср.

Прозрачный световыводящий элемент известного светодиода АЛ-107 (без защитного просветляющего покрытия) выполнен из органического стекла, показатель преломления которого равен 1,5, коэффициент пропускания материала равен 0,92, а максимальная сила излучения светодиода АЛ-107 равна 17 мВт/ср.

Полученные данные сведены в таблицу 1.

В таблице 1 данные первого столбца относятся к светодиоду АЛ-107, а второго столбца - к светодиоду из фианита.

Из таблицы 1 следует, что нанесение просветляющего покрытия 4 на световыводящий элемент 3 повышает силу излучения светодиода в 6 раз (102:17=6), при этом коэффициент пропускания световыводящего оптического элемента 3 возрастает в 1,07 раза (0,99:0,92=1,07).

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит упростить технологию изготовления светодиода, достигая при этом повышения его силы излучения.

Изобретение относится к электронной полупроводниковой промышленности и может быть использовано в производстве светодиодных источников света. Согласно способу изготовления светодиода,полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий элемент соединяют в единый излучающий элемент, на наружную поверхность световыводящего элемента наносят защитное просветляющее покрытие. Защитное просветляющее покрытие выполняют из материала, показатель преломления которого в $$\frac{n_{П}}{n_{Э}}$$ раз меньше показателя преломления материала световыводящего элемента, где n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия, n_Э - показатель преломления материала световыводящего элемента. Толщину h_П просветляющего покрытия задают из условия получения максимального коэффициента пропускания световыводящего элемента по формуле

где d₀ - оптическая толщина просветляющего покрытия, n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия. Технический результат - упрощение технологии изготовления светодиода. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления светодиода, по которому полупроводниковый излучатель и прозрачный световыводящий элемент соединяют в единый излучающий элемент, причем на наружную поверхность световыводящего элемента наносят защитное просветляющее покрытие, отличающийся тем, что защитное просветляющее покрытие выполняют из материала, показатель преломления которого в раз меньше показателя преломления материала световыводящего элемента, где n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия, п_Э - показатель преломления материала световыводящего элемента, при этом толщину h_П просветляющего покрытия задают из условия получения максимального коэффициента пропускания световыводящего элемента по формуле:
,
где d₀ - оптическая толщина просветляющего покрытия, n_П - показатель преломления материала защитного просветляющего покрытия.

2. Способ изготовления светодиода по п.1, отличающийся тем, что световыводящий элемент выполняют из фианита, при этом отношение выбирают соответствующим величине не менее 0,65.

3. Способ изготовления светодиода по п.1, отличающийся тем, что на наружную поверхность световыводящего элемента наносят один слой защитного просветляющего покрытия.

4. Способ изготовления светодиода по п.1, отличающийся тем, что на наружную поверхность световыводящего элемента наносят не менее двух слоев защитного просветляющего покрытия.