一種基于光子晶體反射器的led發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光子晶體反射領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件。一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件，包括一維光子晶體反射器和LED結(jié)構(gòu)，所述一維光子晶體反射器與LED結(jié)構(gòu)的襯底連接，所述一維光子晶體反射器是綠光一維光子晶體反射器、藍(lán)光一維光子晶體反射器、紫光一維光子晶體反射器中的任意一種，綠光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射綠光，藍(lán)光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射藍(lán)光，紫光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射紫光。本發(fā)明使得LED結(jié)構(gòu)發(fā)出的光更大程度上被利用。
【專利說明】一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光子晶體反射領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)是一種廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域的低成本長壽命固態(tài)光源，既可作為照明設(shè)備和短距離光纖通信的非相干光源，也可作為顯示、檢測、醫(yī)學(xué)、化學(xué)與生物學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域的潛在光源。目前，GaN基LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)達(dá)到90 %，，但其外量子效率普遍較低僅為5%。LED結(jié)構(gòu)發(fā)出的光有一部分脫離芯片被利用；另一部分光射向襯底，從而使得存在大量的光能無法被利用，這是造成LED外量子效率低的一個原因。為了解決這一問題，研究者常使用金屬薄膜鍍在襯底底部作為反射器提高光能利用率，但是由于金屬薄膜反射器自身存在很大的缺陷，對光能的吸收較大，而且金屬薄膜反射器反射率并不是很高，所以對于解決這一問題并不是十分理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何使得LED結(jié)構(gòu)發(fā)出的光更大程度上被利用。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件，包括一維光子晶體反射器和LED結(jié)構(gòu)，所述一維光子晶體反射器與LED結(jié)構(gòu)的襯底連接，所述一維光子晶體反射器是綠光一維光子晶體反射器、藍(lán)光一維光子晶體反射器、紫光一維光子晶體反射器中的任意一種，綠光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射綠光，藍(lán)光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射藍(lán)光，紫光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射紫光。
[0005]作為一種優(yōu)選方式:所述一維光子晶體反射器是在LED結(jié)構(gòu)上直接生長制備的。
[0006]作為一種優(yōu)選方式:所述一維光子晶體反射器，其結(jié)構(gòu)為?，其中m為光子晶體的周期數(shù)，A為氟化鋰，介電常數(shù)％ =1.96 ；B為鍺，介電常數(shù)G =16，綠光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為O1 =145nm，氟化鋰層厚度Ifl=0.7珥,鍺層厚度J2 =0.3七，藍(lán)光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為?'2 =145nm，風(fēng)化裡層厚度4 =0.9 ，錯層厚度aT* =0.1 ,紫光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為％ =135nm，氟化鋰層厚度嶢=0.9 %，鍺層厚度^
=0_ I ^ ο
[0007]本發(fā)明的有益效果是:在各光譜范圍內(nèi)都能實現(xiàn)較好的反射性，綠光反射器禁帶覆蓋波長478nm~680nm的范圍，藍(lán)光反射器禁帶覆蓋光波長402nm~465nm的范圍，紫光反射器禁帶覆蓋光波長374nm~433nm的范圍，且當(dāng)反射角在0°至90°改變時，反射率都能達(dá)到99%以上?？捎行Ы鉀QLED光路分散問題，將更多耗散掉的光能轉(zhuǎn)化為可利用光能，從而提高LED的外量子效率。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明綠光一維光子晶體反射器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明綠光一維光子晶體反射器能帶特性圖；
圖4是本發(fā)明當(dāng)光線正入射，即入射角度為0°時，綠光一維光子晶體反射器的反射
譜；
圖5是本發(fā)明綠光一維光子晶體反射器禁帶隨光線入射角度的變化曲線；
圖6是本發(fā)明藍(lán)光一維光子晶體反射器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明藍(lán)光一維光子晶體反射器能帶特性圖；
圖8是本發(fā)明當(dāng)光線正入射，即入射角度為0°時，藍(lán)光一維光子晶體反射器的反射
譜；
圖9是本發(fā)明藍(lán)光一維光子晶體反射器禁帶隨光線入射角度的變化曲線；
圖10是本發(fā)明紫光一維光子晶體反射器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是本發(fā)明紫光一維光子晶體反射器能帶特性圖；
圖12是本發(fā)明當(dāng)光線正入射，即入射角度為0°時，紫光一維光子晶體反射器的反射
譜；
圖13是本發(fā)明紫光一維光子晶體反射器禁帶隨光線入射角度的變化曲線；
圖14是不使用反射器的LED發(fā)光元件正常工作時的光路圖；
圖15是使用金屬反射器的LED發(fā)光元件正常工作時的光路圖；
圖16本發(fā)明的的LED發(fā)光元件正常工作時的光路圖。
【具體實施方式】
[0009]本發(fā)明包括一維光子晶體反射器和LED結(jié)構(gòu)，如圖1所示，一維光子晶體反射器與LED結(jié)構(gòu)的襯底連接，一維光子晶體反射器結(jié)構(gòu)為，其中m為光子晶體的周期數(shù)，A為氟化鋰，介電常數(shù)A =1.96 ;B為鍺，介電常數(shù)A =16，如圖2所示，綠光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為aI =145nm,風(fēng)化裡層厚度*^丨=0.7 β|，錯層厚度A =0.3 %，ζ方向為光子晶體的周期排列方向。如圖6所示，藍(lán)光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為％ =145nm，氟化鋰層厚度塢=0.9 %，鍺層厚度4 =0.1 β2，ζ方向為光子晶體的周期排列方向，如圖10所示，紫光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為％ =135nm,氟化鋰層厚度rf5 =0.9%,鍺層厚度^=0 1% Z方向為光子晶體的周期排列方向。
[0010]本發(fā)明的一維光子晶體反射器選擇LED芯片藍(lán)寶石襯底作為光學(xué)基片，采用型號為WD.54-450的真空鍍膜機在光學(xué)基片上依次交替沉積16層，以綠光反射器為例--第]”
5、7、9、11、13、15層厚度為^ =0.7 O1的氟化鋰層，第2、4、6、8、10、12、14、16層是厚度為^
=0.3 %的鍺層。這樣在對應(yīng)的LED襯底上按照表1從下至上依次生長所需厚度的鍺、氟化鋰共16層薄膜，從而在綠光LED結(jié)構(gòu)上制備出覆蓋光波長478nm~680nm范圍的全角度反射器。
[0011]表1 一維光子晶體反射器各層介電材料及鍍膜厚度
【權(quán)利要求】
1.一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件，其特征在于:包括一維光子晶體反射器和LED結(jié)構(gòu)，所述一維光子晶體反射器與LED結(jié)構(gòu)的襯底連接，所述一維光子晶體反射器是綠光一維光子晶體反射器、藍(lán)光一維光子晶體反射器、紫光一維光子晶體反射器中的任意一種，綠光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射綠光，藍(lán)光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射藍(lán)光，紫光一維光子晶體反射器能高效的全角度反射紫光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件，其特征在于:所述一維光子晶體反射器是在LED結(jié)構(gòu)上直接生長制備的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2所述的一種基于光子晶體反射器的LED發(fā)光元件，其特征在于:所述一維光子晶體反射器，其結(jié)構(gòu)為丨3/--，其中m為光子晶體的周期數(shù)，A為氟化鋰，介電常數(shù)％ =1.96 ;B為鍺，介電常數(shù)^ =16，綠光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為吟=145nm，氟化鋰層厚度嶠=0.7 ,，鍺層厚度禹=0.3 藍(lán)光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為A =145nm，氟化鋰層厚度《?3 =0.9 %，鍺層厚度=0.1 Ii2，紫光綠光一維光子晶體反射器晶格常數(shù)為％ =135nm，氟化鋰層厚度=0.9 %，鍺層厚度^ =0.1 %。
【文檔編號】H01L33/46GK103855267SQ201410081376
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】楊幸明, 楊毅彪, 鄒澤華, 溫建華, 史雪津, 喬娜, 馬瑞霞 申請人:太原理工大學(xué)