具有轴向三维发光二极管的光电子器件的制作方法

具有轴向三维发光二极管的光电子器件
1.本专利申请要求法国专利申请fr20/13518的优先权，其将被视为本说明书的一部分。
技术领域
2.本公开涉及光电子器件，特别是包括基于半导体材料的发光二极管[light-emitting diode，led]的显示屏或图像投影器件及其制造方法。


背景技术：

[0003]
对于某些应用，期望获得发射具有窄光谱、理想地基本上单色的电磁辐射的发光二极管和/或其发射尽可能指向性的发光二极管。
[0004]
一种光电子三维发光二极管[led}器件的轴向类型可以具有这样的属性。轴向型三维发光二极管是一种led，其包括沿优选方向延伸的细长三维半导体元件、直径为微米或纳米的导线，例如在三维半导体元件的轴向端部包括有源层，有源层是led区域，由led提供的大部分电磁辐射都是从该led区域发射的。
[0005]
然而，对于其中期望发射非常窄的光谱和/或高度方向辐射的光电子器件的一些应用，已知的三维轴向型led可能不令人满意。


技术实现要素：

[0006]
因此，一个实施例的目的是解决上述led光电子器件的全部或一些缺点。
[0007]
一个实施例的另一个目的是使三维轴向型led具有较窄的发射光谱。
[0008]
一个实施例的另一个目的是使轴向型三维led发射定向辐射。
[0009]
一个实施例提供了一种光电子器件，其包括轴向led的矩阵，每个led包括被配置成发射电磁辐射的有源层，矩阵形成光子晶体，光子晶体被配置成在包含有源层的平面内形成至少第一和第二谐振峰，每个第一谐振峰在第一波长处放大所述电磁辐射的强度，每个第二谐振峰在第二波长处放大所述电磁辐射的强度，其中每个发光二极管(led)包括沿轴线的细长半导体元件，其具有具有第一平均直径的第一部分，延伸第一部分并且具有远离第一部分减小的横截面积的第二部分，并且有源层延伸第二部分并具有严格小于第一平均直径的第二平均直径，有源层位于第一谐振峰的位置处，而在第二谐振峰的位置处不存在。
[0010]
根据一个实施例，第二平均直径与第一平均直径之间的比值的两倍在0.5和1.8之间。
[0011]
根据一个实施例，第二平均直径与第一平均直径之间的比值的两倍在0.6和1.4之间。
[0012]
根据一个实施例，第一平均直径在0.05μm和2μm之间。
[0013]
根据一个实施例，第一平均直径在100nm和1μm之间。
[0014]
根据一个实施例，第二部分沿所述轴线测量的高度小于细长半导体元件沿所述轴
线测量的高度的10％。
[0015]
根据一个实施例，细长半导体元件的第一部分具有恒定的横截面。
[0016]
根据一个实施例，轴向led以节距在0.1μm和4μm之间的阵列布置。
[0017]
根据一个实施例，每个细长半导体元件沿所述轴线测量的高度在100nm和50μm之间。
[0018]
一个实施例还提供了一种用于设计以上所限定的光电子器件的方法，包括以下步骤：
[0019]
a)考虑到细长半导体元件具有恒定的横截面，通过模拟来确定光子晶体节距和第一平均直径；
[0020]
b)减小第二平均直径而不改变第一平均直径；
[0021]
c)用具有减小的第二平均直径的有源层来模拟光电子器件的操作；以及
[0022]
d)重复步骤b)和c)直到有源层位于第一谐振峰的位置处并且在第二谐振峰的位置处不存在。
附图说明
[0023]
前述特征和优点以及其它将在以下参照附图通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中详细描述，其中：
[0024]
图1是包括led的光电子器件的一个实施例的示意性局部截面图；
[0025]
图2是图1所示光电子器件的示意性、局部透视图；
[0026]
图3是对应于图1所示的光电子器件的一部分的详细视图的示意性局部截面图；
[0027]
图4是用于第一模拟的比较光电子器件的示意性局部截面图；
[0028]
图5是由光电子比较器件发射的光强度取决于发射的辐射波长和发射角度的灰度图，示出了存在两种发射模式；
[0029]
图6分别示出了由光电比较器件发射的辐射和朗伯辐射的累积通量的演变曲线；
[0030]
图7示出了针对由比较光电子器件发射的辐射和朗伯辐射的辐射图；
[0031]
图8是针对比较光电子器件在包含led的有源层的平面中的第一模式放大因子的灰度图；
[0032]
图9是针对比较光电子器件在包含led的有源层的平面中的第二模式放大因子的灰度图；
[0033]
图10是具有图8和9所示的高放大区域的图1的光电子器件的led的一部分的示意性截面图；
[0034]
图11是具有图8和9所示的高增益区域的图1的光电子器件的led的一部分的从上方的示意图；
[0035]
图12是通过模拟获得的由图1的光电子器件发射的光强度的灰度图，其取决于发射辐射的波长和用于led的第一变薄因子的发射角；
[0036]
图13是针对led的第二变薄因子类似于图12；
[0037]
图14针对根据图1的具有第二变薄因子的光电子器件类似于图6；
[0038]
图15针对根据图1的具有第二变薄因子的光电子器件类似于图7；
[0039]
图16是在第一次测试期间获得的、由比较光电子器件发射的光强度的灰度图，其
取决于发射的辐射波长和发射角；
[0040]
图17示出了在由光电子比较器件发射的与发射表面正交的光强度的第一次测试期间获得的、取决于发射辐射波长的演变曲线；
[0041]
图18是在由图1的光电子器件发射的光强度的第二次测试期间获得的灰度图，取决于发射的辐射波长和发射角；
[0042]
图19示出了在由图1的光电子器件发射的与发射表面正交的光强度的第三次测试期间获得的、取决于发射辐射波长的演变曲线；
[0043]
图20是取决于发射辐射波长和变薄比的、由图1的光电子器件发射的光强度的模拟灰度图；以及
[0044]
图21是用于设计根据图1的光电子器件的方法的一个实施例的框图。
具体实施方式
[0045]
类似的特征已经在各个图中通过类似的附图标记指定。特别地，在各个实施例中共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。为了清楚起见，仅详细地图示和描述了对理解本文所述的实施例有用的操作和元件。特别地，所考虑的光电子器件可以包括将不再详述的其它部件。
[0046]
在以下公开内容中，除非另有指示，当提及绝对位置限定符时，诸如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，诸如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等，或者定向的限定词，诸如“水平”、“垂直”等，参考图中所示的定向，如在正常使用期间所定向的。
[0047]
除非另外规定，表述“约”、“大约”、“基本上”和“大概”表示在10％以内，并且优选地在5％以内。此外，术语“绝缘体”和“导体”在本文中被理解为分别意味着“电绝缘的”和“导电的”。
[0048]
在下面的描述中，层的内部透射率是离开该层的辐射强度与进入该层的辐射强度之比。层吸收率等于1与内部透射率之间的差。在描述的其余部分中，当穿过该层的辐射吸收率小于60％时，层被说成是对辐射是透明的。在描述的其余部分中，当层中的辐射吸收率大于60％时，层被说成是辐射吸收性的。当辐射具有通常“钟形的”光谱(其具有最大值)诸如高斯光谱时，辐射波长或中心或主要辐射波长被称为达到光谱最大值处的波长。在描述的其余部分中，材料的折射率是指材料对于由光电子器件发射的辐射的波长范围的折射率。除非另有规定，否则折射率被认为在有用辐射的波长范围内基本恒定，等于折射率在例如由光电子器件发射的辐射的波长范围内的平均值。
[0049]
轴向led意味着沿优选方向的细长形状的三维结构，诸如圆柱形，具有在5nm和2.5μm之间、优选地在50nm和2.5μm之间的至少两个维度，称为次要维度。被称为主维度的第三维度大于或等于次要维度中最大的1倍，优选地大于或等于5倍甚至更优选大于或等于10倍。在一些实施例中，次要维度可以小于或等于约1μm，优选地在100nm和1μm之间，更优选地在100nm和800nm之间。在一些实施例中，每个led的高度可以大于或等于500nm，优选地在1μm和50μm之间。
[0050]
图1是光电子led器件5的一个实施例的示意性局部截面侧视图，其中半导体元件对应于纳米线或微米线，这使得能够获得窄光谱和/或方向辐射的发射。
[0051]
器件5包括：
[0052]-支撑件10，其包括例如第一电极12、诸如半导体的衬底14，具有平行的表面16和18(其中表面16与电极12接触)、覆盖表面18的成核层20、以及覆盖成核层20并包括在所需导线位置处的开口24的绝缘层22，如图1所示具有单个开口24；
[0053]-搁置在支撑件10上的发光二极管led矩阵，单个发光二极管led如图1所示，每个发光二极管led包括与开口24之一中的成核层20接触的导线26，该导线26至少部分地掺杂有第一导电类型，诸如n型掺杂，并且包括与成核层20接触的基本圆柱形底部28，并延伸到其横截面远离衬底14减小的上部30中，该上部30具有顶表面32，每个发光二极管led还包括覆盖导线26的顶表面32的壳34，壳34包括有源层36和掺杂有第二导电类型诸如p型掺杂的半导体层38；
[0054]-绝缘层40，其覆盖每个导线26和每个壳34的外围，对由有源层36发射的辐射透明；
[0055]-导电层42，其对由有源层36发射的辐射透明，覆盖绝缘层40和每个壳34，并与每个壳34接触，导电层42形成第二电极；以及
[0056]-电绝缘封装层44，其对由有源层36发射的辐射透明并覆盖整个结构，封装层44具有被称为发射表面的上表面46。
[0057]
有源层36是从其发射由发光二极管led提供的大部分电磁辐射的层。发光二极管led可以被并联连接并形成led阵列。该阵列可以包括从几个发光二极管led到一千个发光二极管。
[0058]
每个发光二极管led被说成是轴向的，因为有源层36在导线26的延伸中而半导体层38在有源区20的延伸中，组件包括沿轴线δ(被称为导线26的轴线或轴向led轴线)延伸的导线26、有源层36和半导体层38。优选地，发光二极管led的轴线平行且正交于表面18。
[0059]
导线26的基部具有椭圆形、圆形或多边形形状，例如包括三角形、矩形、正方形或六边形。导线的横截面积可沿导线轴线δ恒定，或可沿导线轴线变化。导线26的下部28的平均直径记为d
nw
。在其下部28具有圆形横截面形状的导线26的情况下，平均直径是圆的直径。在其下部28具有圆以外的横截面的导线26的情况下，平均直径对应于界定了与下部28的横截面积相同的面积的圆的直径。顶表面32的平均直径进一步被记为d
top
。优选地，顶表面32是平坦的。优选地，顶表面32对应于垂直于包含导线26的晶体的生长方向c的晶体平面。在顶表面32对应于圆的情况下，平均直径d
top
对应于圆的直径。在顶表面32为圆以外的情况下，平均直径d
top
对应于界定了与顶表面32的横截面积相同的面积的圆的直径。直径d
top
与直径d
nw
之比被称为减薄比sf，其是直径d
top
与直径d
nw
之比的两倍。并且，沿轴线δ测得的导线26的下部28的高度被记为h
nw
，以及沿轴线δ测得的导线26的上部30的高度被记为h
top
。
[0060]
直径d
nw
可以在0.05μm和2μm之间，优选地在100nm和1μm之间，更优选在100nm和800nm之间。根据一个实施例，减薄比sf小于1.8，优选地小于1.6，更优选地小于1.4，甚至更优选地小于1.2。根据一个实施例，减薄比sf大于0.5，优选地大于0.7，更优选地大于0.8。
[0061]
根据一个实施例，对应于高度h
nw
和h
top
的总和的导线26的高度可以大于或等于100nm，优选地在500nm和50μm之间，更优选地在1μm和50μm之间。高度h
top
小于导线26的高度的10％，优选地8％，更优选地5％。
[0062]
根据一个实施例，在导线26的下部28的横截面积沿δ轴线不恒定的情况下，下部
28被定义为导线26从基部到支撑件10的接触件的部分，其横截面积的平均直径的变化保持小于10％。导线26的下部28的平均直径d
nw
然后可以对应于在下部28和上部30之间的接合处的下部28的直段的平均直径，或可以对应于导线26的下部28的直段沿δ轴线的平均直径的平均值。
[0063]
在图1所示的实施例中，上部30具有截头圆锥形状。在变型中，上部30可以具有喇叭形、凹形或凸形形状。
[0064]
图2是光电子器件5的示意性局部透视图。在图2中，每个发光二极管led被示意性地示出为圆柱体。此外，未示出层42和44。
[0065]
根据一个实施例，发光二极管led被布置成形成光子晶体。十二个发光二极管led在图2中作为示例示出。在实践中，发光二极管led矩阵可以包括在7个和100,000个之间的发光二极管led。
[0066]
根据一个实施例，发光二极管led按行和列(3行和4列作为图2中的示例被示出)布置。矩阵的节距
‘
a’是同一行或相邻行中发光二极管led的轴线与附近的发光二极管led的δ轴线之间的距离。节距a基本上恒定。根据一个实施例，节距a可以在0.1μm和4μm之间。
[0067]
更具体地，矩阵的节距a被选择为使得矩阵形成光子晶体。所形成的光子晶体例如是2d光子晶体。在图2所示的示例布置(称为正方形布置)中，发光二极管led位于行和列的每个交叉点处，其中行与列垂直。根据被称为六边形布置的另一示例布置，一行上的led从上一行和下一行上的led偏移节距a的一半。
[0068]
有利地选择由矩阵形成的光子晶体的属性，使得led矩阵在垂直于δ轴线的平面中形成谐振腔和沿δ轴线的谐振腔，特别是为了获得耦合并增加选择效果。与不会形成光子晶体的发光二极管led阵列相比，这允许通过发射表面46的矩阵的发光二极管led的阵列发射的辐射的强度对于某些波长被放大。需要注意的是，光子晶体的谐振峰可以不同于隔离取得的有源层26的发射光谱为最大的波长。有利地，光子晶体的谐振峰之一与隔离取得的有源层26的发射光谱为最大的波长相同或接近。
[0069]
光子晶体的属性由包括光电子器件5的元件的几何尺寸和包括这些元件的材料来确定。作为第一近似，光子晶体的属性可以由导线26设置。
[0070]
根据一个实施例，导线26和壳34至少部分地由半导体材料制成。半导体材料选自由iii-v化合物、ii-vi化合物和iv族半导体或化合物组成的组。iii族元素的示例包括镓(ga)、铟(in)或铝(al)。iv族元素的示例包括氮(n)、磷(p)或砷(as)。iii-n化合物的示例是gan、aln、inn、ingan、algan或alingan。ii族元素的示例包括iia族元素(包括铍(be)和镁(mg))以及iib族元素(包括锌(zn)、镉(cd)和汞(hg))。vi族元素的示例包括via族元素，包括氧(o)和碲(te)。ii-vi族化合物的示例是zno、znmgo、cdzno、cdznmgo、cdhgte、cdte或hgte。通常，化合物iii-v或ii-vi中的元素可以用不同的摩尔分数组合。iv族半导体材料的示例是硅(si)、碳(c)、锗(ge)、碳化硅(sic)合金、硅-锗(sige)合金或碳化锗(gec)合金。导线26和半导体层38可以包含掺杂剂。作为示例，对于iii-v化合物，掺杂剂可以选自由ii族p型掺杂剂(诸如镁(mg)、锌(zn)、镉(cd)或汞(hg))、iv族p型掺杂剂(诸如碳(c))或iv族n型掺杂剂(诸如硅(si)、锗(ge)、硒(se)、硫(s)、铽(tb)或锡(sn))组成的组。优选地，半导体层38是p掺杂的gan并且导线26至少部分地是n掺杂的gan。
[0071]
第二电极层42是导电的且透明的。根据一个实施例，电极层42是透明导电氧化物
(transparent conductive oxide，tco)层，诸如氧化铟锡(或ito)、掺杂或未掺杂铝或镓的氧化锌、或石墨烯。作为示例，电极层42具有介于5nm和200nm之间、优选地介于20nm和50nm之间的厚度。绝缘层22或40或涂层44可以由无机材料制成，诸如氧化硅或氮化硅。绝缘层40和/或涂层44可以是有机材料，诸如基于苯并环丁烯(bcb)的绝缘聚合物。涂层44可包括光学滤光器、或彼此相邻布置的光学滤光器，如将在后面更详细地描述的。
[0072]
种子层20由促进导线26生长的材料制成。通过举例的方式，包含种子层20的材料可以是元素周期表iv、v或vi列的过渡金属的氮化物、碳化物或硼化物或这些化合物的组合。种子层20可以由单独的种子垫代替，其中每根导线26搁置在种子垫上。
[0073]
支撑件10可以具有与上述不同的结构。根据一个实施例，支撑件10可以对应于具有表面电极层的电子电路，发光二极管搁置在该表面电极层上。电极层12可以被划分为不同的部分，以便允许单独控制led矩阵的led组。
[0074]
图3是壳34的放大视图。壳34可包括多个半导体层的堆叠，包括但不限于：
[0075]-中间层50，诸如gan，其覆盖导线26的顶部部分30的顶表面32；
[0076]-覆盖中间层50的有源层36，优选地与中间层50接触；
[0077]-可选地，覆盖有源层36的阻挡层52；
[0078]-覆盖阻挡层52的、与导线26的下部28相反导电类型的半导体层38；以及
[0079]-覆盖半导体层38的接合层54，其由电极层42覆在上面并与电极层42接触。
[0080]
中间层50优选地为与导线26的上部28相同的半导体材料的层，或gainn或algan或algainn型合金的层。中间层50旨在提供具有适于生长有源层36的属性的表面。中间层50的厚度可以在5nm至5μm的范围内，优选地10nm至2000nm。
[0081]
有源层36可以包括约束装置，诸如多个量子阱。它由gan 56和ingan 58的交替层构成，例如，用图3中作为示例示出的两个gan层56和两个ingan层58。gan层56可以是掺杂的，诸如n或p型，或未掺杂的。根据另一示例，有源层36可包括单个量子阱，该单个量子阱包括例如在两层gan之间大于10nm厚的单个ingan层。
[0082]
用于生长发光二极管led的方法可以是诸如化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)、金属-有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)也称为金属-有机气相外延(metal-organic vapor phase epitaxy，movpe)、或远程等离子体金属有机化学气相沉积(remote plasma metal-organic chemical vapor deposition，rp-mocvd)等类型的方法或方法的组合。然而，可以使用诸如分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)、气源mbe(gas source mbe，gsmbe)、金属-有机mbe(metal-organic mbe，mombe)、等离子体辅助mbe(plasma assisted mbe，pambe)、原子层外延(atomic layer epitaxy，ale)或氢化物气相外延(hydride vapor phase epitaxy，hvpe)的方法。然而，可使用电化学方法，诸如化学浴沉积(chemical bath deposition，cbd)、热液过程、液体气溶胶热解或电沉积。
[0083]
导线26的顶部部分30的形成可以例如通过在导致直径d
nw
的导线的初始生长条件和导致直径d
top
的导线的最终生长条件之间改变导线26的生长条件，通过逐渐增加v/iii比和降低温度来实现直径的减小而实现。
[0084]
根据一个实施例，导线的下部28由mocvd形成并且导线的上部30由mbe形成。
[0085]
已经执行了模拟和测试。对于这些模拟和测试，下部28和上部30由n掺杂的gan制
成，对于每个发光二极管led，下部28和上部30的折射率在2.4和2.5之间。有源层36是ingan的层。半导体层38由p型掺杂的gan制成。电极层42由tco制成。绝缘层40和封装层44由bcb基聚合物制成。绝缘层40的折射率在1.45和1.56之间。考虑了分布在六边形网格中的发光二极管led阵列。导线26的高度在300nm和1μm之间。上部30的高度在20nm和300nm之间。壳34的厚度在100nm和500nm之间。电极层42的厚度在100nm和500nm之间。封装层44的厚度在1μm和1mm之间。
[0086]
对于第一模拟，光电子器件5的减薄比sf等于2。
[0087]
图4是当减薄比sf等于2时光电子器件5的示意性局部截面图。上部30的横截面积基本上恒定并且与导线26的下部28的横截面积相同。根据该构造的光电子器件5被称为比较光电子器件。
[0088]
图5是取决于发射辐射的波长λ和与发射表面46正交的方向上的发射角，从比较光电子器件的发射表面46发射的辐射的光强度il以任意单位的灰度图。灰度图的亮区对应于谐振峰。对于小发射角，在大约550nm的波长处观察到第一发射模式m1，并且在较长波长处观察到第二发射模式m2。光学间隙og对应于针对给定发射角的m1和m2模式的波长之间的差。
[0089]
图6示出了在圆锥体中由比较光电子器件发射的辐射的累积通量f的演变曲线ca，以百分比表示，其中轴线垂直于发射表面46，取决于圆锥体顶点处的半角。曲线cb对应于朗伯辐射的累积通量的演变。
[0090]
图7示出了针对比较光电子器件的辐射图案(da曲线)和针对朗伯辐射的辐射图案(db)。da辐射图案具有基本上以0
°
为中心的主瓣l1，以及基本上以+/-45
°
为中心的旁瓣l2。
[0091]
第一模式m1对应于以主频率为中心的发射强度峰值并且基本上参与辐射图中l1瓣的形成。m2模式负责扩展发光二极管led的发射光谱以及形成旁瓣l2。如在图6和7中可以看到的，比较光电子器件的辐射能量的显著部分在旁瓣l2中损失。特别地，小于20％的通量在顶点处等于20
°
的半角的圆锥体中被发射。
[0092]
图8和9是在平行于发射表面42且包含有源层36的平面中分别由于用于第一和第二模式的光子晶体的放大因子的灰度图。光区域对应于放大因子较大的区域。led的导线26的轮廓已经以虚线白线示出。作为第一近似，图8和9基本上独立于有源层36的横向尺寸。
[0093]
发明人已经证明，可以通过改变有源层36的横向尺寸而不改变导线26的下部28的平均直径d
nw
来减少第二m2模式相对于m1模式在光电子器件5发射的辐射中的贡献，使得有源层36位于模式m1放大因子较大而模式m2放大因子较小的位置。结果，光子晶体基本上仅放大根据第一m1模式的光子生成。
[0094]
图10和11分别是图1的光电子器件5的导线26和有源层36的一部分的示意性部分侧截面图和示意性俯视图，其中区域mx1已被添加，每个象征由于光子晶体的第一模式m1放大因子较高的区域，以及区域mx2，每个象征由于光子晶体的第二模式m2放大因子较高的区域。如图10和11所示，通过选择减薄比sf，可以将有源层36布置成使其不存在于mx2区域处。
[0095]
执行了第二次模拟。对于第二次模拟，减薄比sf等于1.6。
[0096]
图12是取决于所发射的辐射波长λ和相对于与发射表面46正交的方向的发射角，从第二次模拟的光电子器件5的发射表面46发射的辐射的光强il的灰度图。与第一模拟相比，存在第一模式m1朝向较短波长的移位(蓝移)。光学间隙og因此增大。还观察到第二模式
m2的衰减。
[0097]
执行了第三次模拟。对于第三次模拟，减薄比等于1.2。
[0098]
图13是取决于发射辐射波长λ和与发射表面46正交的方向上的发射角，从第三次模拟的光电子器件5的发射表面46发射的辐射的光强度il的灰度图。与第二次模拟相比，存在第一模式m1朝向较短波长的附加移位(蓝移)。光学间隙og因此增大。还观察到第一m1模式的质量因子的增加，即第一模式传播的减少。此外，观察到第二模式m2的附加衰减。
[0099]
图14示出了针对第三次模拟在轴线垂直于发射表面46的圆锥体中由光电子器件5发射的辐射的累积通量的演变曲线ca'，以百分比表示，取决于圆锥体顶点处的半角。曲线cb对应于朗伯辐射的累积通量的演变。
[0100]
图15示出了针对第三次模拟的光电子器件5的辐射图案(曲线da')和针对朗伯辐射的辐射图案(db)。辐射图案da'具有基本上以0
°
为中心的单瓣。基本上没有旁瓣。
[0101]
如从图14和15显而易见的，光电子器件12的大部分辐射能量存在于单瓣da'中。特别地，超过80％的辐射通量在圆锥体中在等于20
°
的半角圆锥体中被发射。
[0102]
执行测试。对于第一次测试，制造了具有第一次模拟特征的光电子器件。
[0103]
图16是从第一次测试的光电子器件5的发射表面46发射的辐射的归一化光强il的灰度图，取决于发射的辐射波长λ和相对于与发射表面46正交的方向的发射角。
[0104]
图17是从第一次测试的光电子器件5的发射表面46沿与发射表面正交的方向发射的辐射的光强度il的演变曲线，取决于波长λ。
[0105]
相比于第一次模拟的结果，观察到在低角度下在第一模式和第二模式之间基本上没有光学差异。这可能是由于这样的事实，即可能难以形成完全圆柱形的导线26，并且在生长条件应该导致圆柱形的导线26时可以观察到顶部处的导线26的轻微加宽。
[0106]
对于第二次和第三次测试，制造了具有第三次模拟的特征的光电子器件5。第二次和第三次测试在光电子器件制造中所使用的反应器上有所不同。
[0107]
图18是从第二次试验的光电子器件5的发射表面46发射的辐射的光强度il的灰度图，取决于发射辐射波长λ和与发射表面46正交的方向上的发射角。与第一次试验相比，观察到第一模式和第二模式之间的光学间隙og的增加，如从模拟中预期的那样。
[0108]
图19是由第三次试验的光电子器件5的发射表面46沿与发射表面正交的方向发射的辐射的光强度il的演变曲线，取决于波长λ。与图17相比，第一模式发射峰值变窄，而第二模式不存在。
[0109]
图20是通过模拟获得的由图1的光电子器件5发射的光强度的灰度图，取决于发射辐射的波长λ和变薄比sf，针对在与发射表面46正交的方向上的发射角基本上等于0
°
。可以清楚地看到，第二模式m2趋向于随着减薄比sf减小而消失，第一模式m1移位到更短的长度，并且光学间隙(og)增加。对于小于或等于1.2的sf，第二模式m2变得可忽略。图20给出了第一模式m1随着减薄比sf减小而消失的印象。实际上，第一模式m1随着减薄比sf减小而变得更加精细，这意味着第一模式m1的质量因子随着减薄比sf减小而增大。
[0110]
图21是用于设计光电子器件的方法的一个实施例的框图。
[0111]
在步骤60中，确定光子晶体的特征，以实现用于发射光谱的期望的第一属性。光子晶体的特征可以包括led矩阵的节距a和导线26的直径d
nw
。用于发射光谱的第一期望属性可包括发射峰的期望主波长。根据一个实施例，确定光子晶体的特征可以包括执行连续的计
算机模拟，考虑减薄比sf等于2的led执行每个模拟。作为示例，用节距a和平均直径d
nw
的初始值执行模拟，并根据给定的标准(诸如模拟的谐振峰的主波长相对于期望的主波长之间的差值)修改这些值，重复此操作，直到获得具有期望属性的发射光谱为止。该方法在步骤62处继续。
[0112]
在步骤62中，减薄比sf减小。该方法在步骤64处继续。
[0113]
在步骤64中，执行具有新的减薄比sf的光电子器件的操作的模拟。该方法在步骤66处继续。
[0114]
在步骤66中，确定该方法是否可被终止。根据一个实施例，确定是否实现了发射辐射的期望的次级属性。期望的次级属性可以包括发射光谱带宽和/或发射辐射方向性，通过例如在辐射图案中不存在旁瓣。如果达到发射辐射的次级属性，则该方法完成。如果不是，则在步骤62中继续该方法，其中执行减薄比sf的进一步减小。
[0115]
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以被组合并且本领域技术人员将容易想到其它变型。最后，本文所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员基于本文所提供的功能描述的能力范围内。

技术特征：
1.一种光电子器件(5)，其包括轴向发光二极管(led)的矩阵，每个发光二极管包括被配置成发射电磁辐射的有源层(36)，所述矩阵形成光子晶体，所述光子晶体被配置成在包含所述有源层的平面内形成至少第一谐振峰和第二谐振峰，每个第一谐振峰在第一波长处放大所述电磁辐射的强度，每个第二谐振峰在第二波长处放大所述电磁辐射的强度，其中每个发光二极管(led)包括沿轴线(δ)的细长半导体元件(26)，其具有第一平均直径(d
nw
)的第一部分(28)，延伸所述第一部分并且具有远离所述第一部分减小的横截面积的第二部分(30)，并且所述有源层(36)延伸所述第二部分并具有严格小于所述第一平均直径的第二平均直径(d
top
)，所述有源层位于所述第一谐振峰的位置处，而在所述第二谐振峰的位置处不存在。2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第二平均直径(d
top
)与所述第一平均直径(d
nw
)之比的两倍在0.5和1.8之间。3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述第二平均直径(d
top
)与所述第一平均直径(d
nw
)之比的两倍在0.6和1.4之间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的器件，其中，所述第一平均直径(d
nw
)在0.05μm和2μm之间。5.根据权利要求4所述的器件，其中，所述第一平均直径(d
nw
)在100nm和1μm之间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的器件，其中，所述第二部分(30)沿所述轴线(δ)测量的高度(h
top
)小于所述细长半导体元件沿所述轴线测量的高度的10％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的器件，其中，所述细长半导体元件(26)的所述第一部分具有恒定的横截面。8.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，其中，所述轴向发光二极管(led)布置成节距(a)在0.1μm和4μm之间的阵列。9.根据权利要求1至8中任一项所述的器件，其中，每个所述细长半导体元件(26)沿所述轴线(δ)测量的高度在100nm和50μm之间。10.一种用于设计根据权利要求1至9中任一项所述的光电子器件(5)的方法，包括以下步骤：a)考虑到所述细长半导体元件(26)具有恒定的横截面，通过模拟来确定所述光子晶体的节距(a)和所述第一平均直径(d
nw
)；b)减小所述第二平均直径(d
top
)而不改变所述第一平均直径；c)用具有减小的第二平均直径的所述有源层来模拟所述光电子器件(5)的操作；以及d)重复步骤b)和c)直到所述有源层位于所述第一谐振峰的位置处并且在所述第二谐振峰的位置处不存在。

技术总结
本公开涉及包括轴向发光二极管(LED)矩阵的光电子器件(5)。每个发光二极管(LED)包括发射电磁辐射的有源层(36)。矩阵形成光子晶体，该光子晶体在包含有源层的平面中具有至少第一和第二谐振峰，每个第一和第二峰分别放大在第一和第二波长下的辐射强度。每个发光二极管(LED)包括沿着轴线(Δ)延伸的细长半导体元件(26)，其具有第一平均直径(D


技术研发人员：迈赫迪
受保护的技术使用者：艾利迪公司
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2023/8/24