[实用新型]基于光子晶体的新型发光二极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一维光子晶体技术领域，具体涉及基于光子晶体的新型发光二极管。 

背景技术

发光二极管（LED）是一种电致发光的光电器件，它的应用对社会的能源发展具有重要意义。它从最初发现生产到现在已经有30多年的历史了，是一种正逐步发展并已经得到广泛应用的固态光源。如今，各种类型的LED、利用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品(如白光LED驱动器)发展迅速，新产品不断上市，已发展成不少新型产业。LED具有寿命长、可靠性高、环保、体积小等诸多优点，被称为继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明光源。 

 虽然标准发光二极管的理论内量子效率接近100%，但由于在发光二极管内部有高折射率的半导体材料存在，光在二极管内部发生无数次内反射、内全反射后无法耦合到外部环境，使的发光二极管的光源外输出效率通常比较低。 以前，由于LED的发光功率很低只能用于显示照明，主要的应用只有：信号灯和数字及字母显示。但是随着LED产业的进一步发展，LED的应用市场越来越广阔，在发展到一定阶段LED既可作为照明设备和短距离光纤通信的非相干光源，也可作为显示、检测、医学、化学与生物学等应用领域的潜在光源。所以提高LED的发光效率迫在眉睫。 

传统的提高LED的方法有采用倒金字塔形结构、增加反射层和表面粗化的薄膜结构等，它们都能对LED的发光效率起到一定的改善作用，但是由于封装不严、工艺复杂、设计成本过高等问题，提高发光二极管光输出效果都不够理想，不适合低成本的大规模生产。 

光子晶体的理论自从1987年由Yablonovitch和Jhon分别独立提出以来得到长足的发展。光子晶体是由周期性排布的不同介电常数的介质所组成的人工材料。现代研究认为光子晶体特性主要有三种：光子禁带、抑制自发辐射、光子局域化。光子晶体因其特性目前已有广泛的应用，如光子晶体光纤、光子晶体偏振器、高效率低损耗反射镜、光子晶体波导、光子晶体天线、光子晶体宽带带阻滤波器和超窄带滤波器、光子晶体密集波分复用器、光子晶体光开关、和光子晶体发光二极管等。美国专利第6,13,780号公开了一由全方向一维光子晶体所制成的全方向反射镜，当入射光的波长落在光子禁带内时，可全反射任何一入射角的光，此处所公开的全方向反射镜是多个成对出现的高低折射率层的介电材料构成且两介电材料的折射率需达到一定的折射率差。 

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供一种基于光子晶体的新型发光二极管，利用光子晶体的光子禁带特性，即当频率位于光子禁带频率范围内的光入射到光子晶体时，由于光子晶体没有与之相对应的传输模式，入射波就会完全地被反射回去。因此可以在普通LED中加入光子晶体，使在LED内部发生折射、吸收等不能传输出来的光完全反射，变为能够传输出灯体被人们利用的光，从而提高发光功率能源的利用效率。 

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

基于光子晶体的新型发光二极管，设有LED芯片， LED芯片包括基材、第一表面层、第二表面层和发光晶体层，所述的发光晶体层由N型材料层，N型电极层，有源层，P型材料层和P型电极层组成，第一表面层和第二表面层为光子晶体，基材上设有第一表面层，在第一表面层上依次增加N型材料层、N型电极层、有源层、P型材料层，P型电极层和第二表面层。

本实用新型所述的基材上采用外延生长技术增加第一表面层。 

本实用新型所述的第一表面层和第二表面层的光子禁带的范围为370nm—790nm。 

本实用新型所述的第一表面层和第二表面层的复合光子晶体的结构为（AB）_n（AB）_m，其中n=m，n≥5。 

本实用新型所述的A为氧化物，A为二氧化钛、五氧化二钽、氧化锆、氧化锌、三氧化二钕或五氧化二铌中的一种。 

本实用新型所述的B为氧化物或氟化物，B为二氧化硅、氧化镁、氧化铝、氟化锂、氟化镁或氟化钠中的一种。 

本实用新型所述的A为氧化钛，B为二氧化硅，（AB）_n中A的晶格常数为a=0.0000000615;B的晶格常数为b=0.000000102724，（AB）_m中A的晶格常数为r=0.00000004;B的晶格常数为t=0.00000007724。 

本实用新型所述的A和B的厚度为λ/4n，其中，λ为中心波长，n为折射率。 

本实用新型的有益效果是： 

1、与原有的工艺相比，光子晶体的镀膜过程出方法简便要求相对不高，减少了二极管在加工反制材料过程中出现损坏。