基于光子晶体的新型发光二极管制造技术

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，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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一维光子晶体
，具体涉及基于光子晶体的新型发光二极管。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。本技术所述的基材上采用外延生长技术增加第一表面层。本技术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。本技术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, η彡5。本技术所述的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。本技术所述的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。本技术所述的A为氧化钛，B为二氧化硅，(AB) 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。本技术所述的 A和B的厚度为λ/4η，其中，λ为中心波长，η为折射率。本技术的有益效果是: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。2、本申请利用光子晶体作为反射层，相比金属反射层和高分子聚合物，减少对光的吸收，更能提高发光二极管的发光效率。3、本申请使用Ti02和Si02作为光子晶体的第一第二介电层，两种材料的折射率差较大为1.25，达到光子晶体材料要求。这两种材料方便易得，易于加工，能够改变以往光子晶体不能低成本、大批量生产的缺陷，材料方便易得，加工方便，大大降低了成本。3、本申请采用复合层提高了光子禁带，能够更多的提高反射率，更大的提高发光效率。4、本申请光子禁带宽度在白光范围内，能够使发光二极管更多的发射白光，达到照明的目的。5、普通发光二级管的外量子效率在2%左右，通过表面微粗化技术亮度提高了25%，芯片非极性面/半极性面生长技术发光效率为30%以上，倒装芯片技术，外量子效率达到21%等。通过理论分析，从仿真图可以看出光子晶体的反射率为5层以上95%，10层以上100%，对二极管的发光效率的提升均在80%以上。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的(AB)n单层反射率随波长的变化曲线；图3为本技术的(AB)m单层反射率随波长的变化曲线；图4为本技术的(AB)n(AB)m五层反射率随波长的变化曲线；图5为本技术的(AB)n(AB)m八层反射率随波长的变化曲线；图6为本技术的(AB)n(AB)m十层反射率随波长的变化曲线；图7为本技术的(AB)n(AB)m十二层反射率随波长的变化曲线；图8为本技术的(AB)n(AB)m 二十层反射率随波长的变化曲线；图中:1、基材,2、第一表面层,3、第二表面层,4、1^型材料层,5、1^型电极层,6、有源层，7、P型材料层，8、P型电极层。具体实施方式如图所示，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1、第一表面层2、第二表面层3和发光晶体层，所述的发光晶体层由N型材料层4，N型电极层5，有源层6，P型材料层7和P型电极层8组成，第一表面层2和第二表面层3为光子晶体，两个表面层的光子晶体结构相同，基材I上设有第一表面层2，在第一表面层2上依次增加N型材料层4、N型电极层5、有源层6、P型材料层7，P型电极层8和第二表面层3，第二表面层3设置在P型电极层8的一侧，在P型电极层8和N型电极层5上设有多个用于连接电源的焊垫。所述的基材I上采用外延生长技术增加第一表面层2。所述的第一表面层2和第二表面层3的光子禁带的范围为370nm — 790nm。所述的第一表面层2和第二表面层3的复合光子晶体的结构为(AB)n (AB)m,其中n=m, n ^ 5o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。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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光子晶体的新型发光二极管，设有LED芯片，其特征在于：LED芯片包括基材（1）、第一表面层（2）、第二表面层（3）和发光晶体层，所述的发光晶体层由N型材料层（4），N型电极层（5），有源层（6），P型材料层（7）和P型电极层（8）组成，第一表面层（2）和第二表面层（3）为光子晶体，基材（1）上设有第一表面层（2），在第一表面层（2）上依次增加N型材料层（4）、N型电极层（5）、有源层（6）、P型材料层（7），P型电极层（8）和第二表面层（3）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李萍，韩志中，张兰兰，梁高峰，雷茂生，赵新峰，张霞，赵彬，姜婷，宋宵薇，蔺利峰，乔晓岚，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：实用新型
国别省市：