基于光子晶體的新型發光二極管制造技術

基于光子晶體的新型發光二極管，設有LED芯片，LED芯片括基材、第一表面層、第二表面層和發光晶體層，所述的發光晶體層由N型材料層，N型電極層，有源層，P型材料層和P型電極層組成，利用光子晶體的光子禁帶特性，即當頻率位于光子禁帶頻率范圍內的光入射到光子晶體時，由于光子晶體沒有與之相對應的傳輸模式，入射波就會完全地被反射回去。因此可以在普通LED中加入光子晶體，使在LED內部發生折射、吸收等不能傳輸出來的光完全反射，變為能夠傳輸出燈體被人們利用的光，從而提高發光功率能源的利用效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一維光子晶體
，具體涉及基于光子晶體的新型發光二極管。
技術介紹
發光二極管(LED)是一種電致發光的光電器件，它的應用對社會的能源發展具有重要意義。它從最初發現生產到現在已經有30多年的歷史了，是一種正逐步發展并已經得到廣泛應用的固態光源。如今，各種類型的LED、利用LED作二次開發的產品及與LED配套的產品(如白光LED驅動器)發展迅速，新產品不斷上市，已發展成不少新型產業。LED具有壽命長、可靠性高、環保、體積小等諸多優點，被稱為繼白熾燈、熒光燈之后的第三代照明光源。雖然標準發光二極管的理論內量子效率接近100%，但由于在發光二極管內部有高折射率的半導體材料存在，光在二極管內部發生無數次內反射、內全反射后無法耦合到外部環境，使的發光二極管的光源外輸出效率通常比較低。以前，由于LED的發光功率很低只能用于顯示照明，主要的應用只有:信號燈和數字及字母顯示。但是隨著LED產業的進一步發展，LED的應用市場越來越廣闊，在發展到一定階段LED既可作為照明設備和短距離光纖通信的非相干光源，也可作為顯示、檢測、醫學、化學與生物學等應用領域的潛在光源。所以提高LED的發光效率迫在眉睫。傳統的提高LED的方法有采用倒金字塔形結構、增加反射層和表面粗化的薄膜結構等，它們都能對LED的發光效率起到一定的改善作用，但是由于封裝不嚴、工藝復雜、設計成本過高等問題，提高發光二極管光輸出效果都不夠理想，不適合低成本的大規模生產。光子晶體的理論自從1987年由Yablonovitch和Jhon分別獨立提出以來得到長足的發展。光子晶體是由周期性排布的不同介電常數的介質所組成的人工材料。現代研究認為光子晶體特性主要有三種:光子禁帶、抑制自發輻射、光子局域化。光子晶體因其特性目前已有廣泛的應用，如光子晶體光纖、光子晶體偏振器、高效率低損耗反射鏡、光子晶體波導、光子晶體天線、光子晶體寬帶帶阻濾波器和超窄帶濾波器、光子晶體密集波分復用器、光子晶體光開關、和光子晶體發光二極管等。美國專利第6，13，780號公開了一由全方向一維光子晶體所制成的全方向反射鏡，當入射光的波長落在光子禁帶內時，可全反射任何一入射角的光，此處所公開的全方向反射鏡是多個成對出現的高低折射率層的介電材料構成且兩介電材料的折射率需達到一定的折射率差。
技術實現思路
本專利技術為解決上述技術問題，提供一種基于光子晶體的新型發光二極管，利用光子晶體的光子禁帶特性，即當頻率位于光子禁帶頻率范圍內的光入射到光子晶體時，由于光子晶體沒有與之相對應的傳輸模式，入射波就會完全地被反射回去。因此可以在普通LED中加入光子晶體，使在LED內部發生折射、吸收等不能傳輸出來的光完全反射，變為能夠傳輸出燈體被人們利用的光，從而提高發光功率能源的利用效率。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是: 基于光子晶體的新型發光二極管，設有LED芯片，LED芯片括基材、第一表面層、第二表面層和發光晶體層，所述的發光晶體層由N型材料層，N型電極層，有源層，P型材料層和P型電極層組成，第一表面層和第二表面層為光子晶體，基材上設有第一表面層，在第一表面層上依次增加N型材料層、N型電極層、有源層、P型材料層，P型電極層和第二表面層。本專利技術所述的基材上采用外延生長技術增加第一表面層。本專利技術所述的第一表面層和第二表面層的光子禁帶的范圍為370nm—790nm。本專利技術所述的第一表面層和第二表面層的復合光子晶體的結構為(AB)n (AB)m，其中 n=m, n ^ 50本專利技術所述的A為氧化物，A為二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、氧化鋅、三氧化二釹或五氧化二鈮中的一種。本專利技術所述的B為氧化物或氟化物，B為二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氟化鋰、氟化鎂或氟化鈉中的一種。本專利技術所述的A為氧化鈦，B為二氧化娃，(AB) n中A的晶格常數為a=0.0000000615;B的晶格常數為b=0.000000102724, (AB)m中A的晶格常數為r=0.00000004;B 的晶格常數為 t=0.00000007724。本專利技術所述的A和B的厚度為X/4n，其中，\為中心波長，n為折射率。本專利技術的有益效果是: 1、與原有的工藝相比，光子晶體的鍍膜過程出方法簡便要求相對不高，減少了二極管在加工反制材料過程中出現損壞。2、本申請利用光子晶體作為反射層，相比金屬反射層和高分子聚合物，減少對光的吸收，更能提高發光二極管的發光效率。3、本申請使用Ti02和Si02作為光子晶體的第一第二介電層，兩種材料的折射率差較大為1.25，達到光子晶體材料要求。這兩種材料方便易得，易于加工，能夠改變以往光子晶體不能低成本、大批量生產的缺陷，材料方便易得，加工方便，大大降低了成本。3、本申請采用復合層提高了光子禁帶，能夠更多的提高反射率，更大的提高發光效率。4、本申請光子禁帶寬度在白光范圍內，能夠使發光二極管更多的發射白光，達到照明的目的。5、普通發光二級管的外量子效率在2%左右，通過表面微粗化技術亮度提高了25%，芯片非極性面/半極性面生長技術發光效率為30%以上，倒裝芯片技術，外量子效率達到21%等。通過理論分析，從仿真圖可以看出光子晶體的反射率為5層以上95%，10層以上100%，對二極管的發光效率的提升均在80%以上。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意 圖2為本專利技術的(AB)n單層反 射率隨波長的變化曲線； 圖3為本專利技術的(AB)m單層反射率隨波長的變化曲線； 圖4為本專利技術的(AB)n(AB)m五層反射率隨波長的變化曲線；圖5為本專利技術的(AB)n(AB)mA層反射率隨波長的變化曲線； 圖6為本專利技術的(AB)n(AB)m+層反射率隨波長的變化曲線； 圖7為本專利技術的(AB)n(AB)m十二層反射率隨波長的變化曲線； 圖8為本專利技術的(AB)n(AB)m 二十層反射率隨波長的變化曲線； 圖中:1、基材，2、第一表面層，3、第二表面層，4、N型材料層，5、N型電極層，6、有源層，7、P型材料層，8、P型電極層。具體實施方法 如圖所不，基于光子 晶體的新型發光二極管，設有LED芯片，LED芯片括基材1、第一表面層2、第二表面層3和發光晶體層，所述的發光晶體層由N型材料層4，N型電極層5，有源層6，P型材料層7和P型電極層8組成，第一表面層2和第二表面層3為光子晶體，兩個表面層的光子晶體結構相同，基材I上設有第一表面層2，在第一表面層2上依次增加N型材料層4、N型電極層5、有源層6、P型材料層7，P型電極層8和第二表面層3，第二表面層3設置在P型電極層8的一側，在P型電極層8和N型電極層5上設有多個用于連接電源的焊墊。所述的基材I上采用外延生長技術增加第一表面層2。所述的第一表面層2和第二表面層3的光子禁帶的范圍為370nm — 790nm。所述的第一表面層2和第二表面層3的復合光子晶體的結構為(AB)n (AB)m,其中n=m, n ≥50所述的A為氧化物，A為二氧化鈦、五氧化二鉭、氧化鋯、氧化鋅、三氧化二釹或五氧化二鈮中的一種。所述的B為氧化物或氟化物，B為二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氟化鋰、氟化鎂或氟化鈉中的一種。所述的A為氧化鈦，B為二氧化硅，(AB)n中A的晶格常數為a=0.0000000615;B的晶格常數為b=0.00本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于光子晶體的新型發光二極管，設有LED芯片，其特征在于：LED芯片括基材（1）、第一表面層（2）、第二表面層（3）和發光晶體層，所述的發光晶體層由N型材料層（4），N型電極層（5），有源層（6），P型材料層（7）和P型電極層（8）組成，第一表面層（2）和第二表面層（3）為光子晶體，基材（1）上設有第一表面層（2），在第一表面層（2）上依次增加N型材料層（4）、N型電極層（5）、有源層（6）、P型材料層（7），P型電極層（8）和第二表面層（3）。

【技術特征摘要】
1.關于光子晶體的新型發光二極管，設有LED芯片，其特征在于:LED芯片括基材(I)、第一表面層(2)、第二表面層(3)和發光晶體層，所述的發光晶體層由N型材料層(4)，N型電極層(5)，有源層(6)，P型材料層(7)和P型電極層(8)組成，第一表面層(2)和第二表面層(3)為光子晶體,基材(I)上設有第一表面層(2),在第一表面層(2)上依次增加N型材料層(4)、N型電極層(5)、有源層(6)、P型材料層(7)，P型電極層(8)和第二表面層(3)。2.按權利要求1所述的基于光子晶體的新型發光二極管，其特征在于:所述的基材(I)上采用外延生長技術增加第一表面層(2 )。3.按權利要求1所述的基于光子晶體的新型發光二極管，其特征在于:所述的第一表面層(2)和第二表面層(3)的光子禁帶的范圍為370nm — 790nm。4.按權利要求1所述的基于光子晶體的新型發光二極管，其特征在于:所述的第一表面層(2)和第二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李萍，韓志中，張蘭蘭，梁高峰，雷茂生，趙新峰，張霞，趙彬，姜婷，宋霄薇，藺利峰，喬曉嵐，
申請(專利權)人：河南科技大學，
類型：發明
國別省市：