本發(fā)明屬于半導體光電子器件制造領(lǐng)域，涉及一種發(fā)光二極管，特別涉及一種具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管（LED）是一種當在正向方向上被電偏置時以受激方式發(fā)光的半導體光源裝置。根據(jù)材料的不同，LED可以發(fā)出近紫外、可見光和近紅外光。以氮化鎵為代表的第三代半導體，可以制成高效的LED，氮化鎵及其合金的帶隙覆蓋了從紅外到紫外的光譜范圍。它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩(wěn)定性好等性質(zhì)和強的抗輻射能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。當前LED發(fā)展的兩個主流方向，一是提高LED的發(fā)光效率，而是賦予LED特殊的光學性能，從LED的特殊光學性能來講，例如賦予LED偏振出光的特性，具有非常重要的實際意義。如果LED芯片本身就發(fā)射偏振光的話，將帶來很多設備、體積、耗資上的節(jié)省?；谄裥蚅ED結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、反應速度快、光損耗低、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點，幾乎所有的傳統(tǒng)的偏振光源都可以使用偏振型LED代替，例如3D放映機的照明光源、磁光存儲的激光頭等。所以，研究、設計、制造偏振型LED對加深LED的理論研究、擴展應用范圍、提高應用質(zhì)量具有重要價值。經(jīng)檢索，專利CN103746057A公開了一種線偏振出光發(fā)光二極管，如圖1所示，包括基底1，、n型層2，、量子阱3，和p型層4，，在p型層4，的上表面設有介質(zhì)過渡層5，，所述介質(zhì)過渡層5，上設有納米雙層金屬光柵6，，所述介質(zhì)過渡層5，上的厚度在50～300nm；本發(fā)明針對氮化鎵基LED發(fā)光在藍、綠光區(qū)，經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以實現(xiàn)優(yōu)異的光學偏振特性及較好的透過率。但該結(jié)構(gòu)的線偏振出光發(fā)光二極管仍存在一定的缺陷：1.通過合理設計，納米雙層金屬光柵可以實現(xiàn)對平行于線柵的偏振光具有強的反射，相應垂直方向的偏振光具有強的透射，但該結(jié)構(gòu)設計不能保證發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；2.該結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化介質(zhì)過渡層厚度、介質(zhì)光柵周期、占空比、厚度及雙層光柵的厚度，實現(xiàn)LED的高偏振度出光，但不能使原來發(fā)生全發(fā)射的光線全部出射，進而發(fā)光效率還有待提高，偏振度也有待提高。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高發(fā)光效率及增強內(nèi)量子效率的具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管，其創(chuàng)新點在于：所述偏振發(fā)光二極管包括自下而上依次設置的具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的發(fā)光二極管芯片、周期性結(jié)構(gòu)增透層以及納米金屬顆粒光子晶體層。進一步地，所述周期性結(jié)構(gòu)增透層的圖形是具有周期結(jié)構(gòu)的半橢球體、圓錐、四棱錐、三棱錐、四棱臺或圓臺中的一種，優(yōu)選半橢球體和圓錐，圖形的橫向周期為0.1μm～20μm，圖形的底面直徑與高度比為0.1～10。進一步地，所述納米金屬顆粒的光子晶體層，光子晶體可以是一維光子晶體、二維光子晶體或三維光子晶體。進一步地，所述納米金屬顆粒的光子晶體層，三維光子晶體的晶格結(jié)構(gòu)可以是三維面心立方晶格、三維立方晶格或三維六角晶格中的一種。進一步地，所述納米金屬顆粒的光子晶體層，金屬納米顆粒為周期性分布或非周期性分布的金屬納米球。進一步地，所述納米金屬顆粒的光子晶體層，金屬納米顆粒的直徑為1-800nm。進一步地，所述納米金屬顆粒的光子晶體層，金屬納米顆粒的材料為Al、Ag、Au、Cu、Ni、Cr或它們的合金。本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管，通過納米金屬顆粒構(gòu)成的光子晶體的偏振結(jié)構(gòu)，可獲得偏振出光；同時，納米金屬顆粒的使用，可以充分利用等離子體激元效應，從而可以有效地增強LED的內(nèi)量子效率；此外，周期性結(jié)構(gòu)增透層可提高光線的出射角，將原來發(fā)生全發(fā)射的光線出射，大大提高發(fā)光效率。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是CN103746057A中線偏振出光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3和圖4是具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管中周期性結(jié)構(gòu)增透層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、圖6和圖7是具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管中納米金屬顆粒的光子晶體層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8和圖9是光線垂直入射單面半橢球體（無背面反射），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。圖10是光線垂直入射單面半橢球體（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。圖11是光線垂直入射雙面半橢球體（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。圖12和圖13是光線垂直入射單面圓錐（無背面反射），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。圖14是光線垂直入射單面圓錐（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。圖15是光線垂直入射雙面圓錐（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖。具體實施方式下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。實施例本實施例具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管，如圖2所示，該偏振發(fā)光二極管包括自下而上依次設置的具有完整結(jié)構(gòu)可以正常發(fā)光的發(fā)光二極管芯片1、周期性結(jié)構(gòu)增透層2以及納米金屬顆粒光子晶體層3。作為實施例，更具體地實施方式為周期性結(jié)構(gòu)增透層2的圖形，如圖3所示，是具有周期性的半橢球體；或如圖4所示，是具有周期性的圓錐；這些圖形的橫向周期為0.1μm～20μm，圖形的底面直徑與高度比為0.1～10；周期性結(jié)構(gòu)增透層2可提高光線的出射角，將原來發(fā)生全發(fā)射的光線出射，大大提高發(fā)光效率。納米金屬顆粒的光子晶體層3，通過納米金屬顆粒構(gòu)成的光子晶體的偏振結(jié)構(gòu)，可獲得偏振出光；同時，納米金屬顆粒的使用，可以充分利用等離子體激元效應，從而可以有效地增強LED的內(nèi)量子效率。光子晶體可以是如圖5所示，一維光子晶體；或如圖6所示，二維光子晶體；或如圖7所示，三維光子晶體；且三維光子晶體的晶格結(jié)構(gòu)可以是三維面心立方晶格、三維立方晶格或三維六角晶格中的一種；納米金屬顆粒的光子晶體層，金屬納米顆粒為周期性分布或非周期性分布的金屬納米球；且金屬納米顆粒的直徑為1-800nm；納米金屬顆粒的光子晶體層，金屬納米顆粒的材料為Al、Ag、Au、Cu、Ni、Cr或它們的合金。為了比較周期性結(jié)構(gòu)增透層的圖形的高寬比不同對本發(fā)明具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管的影響，將光線垂直入射到不同高寬比的周期性結(jié)構(gòu)上，其結(jié)果見圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15。圖8和圖9為光線垂直入射單面半橢球體（無背面反射），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖8可知，高寬比2:1的結(jié)構(gòu)減反效果好于高寬比為1:1的圖形化結(jié)構(gòu)；由圖9可知，高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果好于高寬比為1:1的圖形化結(jié)構(gòu)；且結(jié)合圖8和圖9可知，高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果好于高寬比為2:1的圖形化結(jié)構(gòu)。圖10為光線垂直入射單面半橢球體（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖10可知，高寬比1:1的結(jié)構(gòu)、高寬比2:1的結(jié)構(gòu)及高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果依次遞增。圖11為光線垂直入射雙面半橢球體（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖11可知，高寬比1:1的結(jié)構(gòu)、高寬比2:1的結(jié)構(gòu)及高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果依次遞增。圖12和圖13為光線垂直入射單面圓錐（無背面反射），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖12可知，高寬比1:1的結(jié)構(gòu)減反效果好于高寬比為0.7:1的圖形化結(jié)構(gòu)；由圖13可知，高寬比2:1的結(jié)構(gòu)減反效果好于高寬比為1:1的圖形化結(jié)構(gòu)。圖14為光線垂直入射單面圓錐（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖14可知，高寬比1:1的結(jié)構(gòu)、高寬比2:1的結(jié)構(gòu)及高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果依次遞增。圖15為光線垂直入射雙面圓錐（考慮背面反射-接觸空氣），反射率隨高寬比變化的關(guān)系圖；由圖15可知，高寬比1:1的結(jié)構(gòu)、高寬比2:1的結(jié)構(gòu)及高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果依次遞增。綜上所述，高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)減反效果較好，一般優(yōu)選高寬比0.7:1的結(jié)構(gòu)。為了比較周期性結(jié)構(gòu)的圖形不同對本發(fā)明具有復合結(jié)構(gòu)的偏振發(fā)光二極管的影響，將光線垂直入射到不同圖形的周期性結(jié)構(gòu)上，其結(jié)果見下表。結(jié)構(gòu)d/nmH/nm最優(yōu)反射率藍寶石單面7.713%藍寶石雙面14.285%半橢球體A（無背面反射）50010000.159%半橢球體B（背面空氣接觸）3502454.178%半橢球體C（兩面空氣接觸）2452451.448%圓錐A（無背面反射）50010000.072%圓錐B（背面空氣接觸）3502453.654%圓錐C（兩面空氣接觸）2452452.104%由上表可以看出，當周期性結(jié)構(gòu)圖形的底面直徑與高度一致時，圓錐的最優(yōu)反射率大于半橢球體，當周期性結(jié)構(gòu)圖形的底面直徑與高度不一致時，圓錐的最優(yōu)反射率小于半橢球體；進而綜上比較，圓錐的反射率相對半橢球球體較低，即有更高的透射率，因而一般選用圓錐圖形。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。當前第1頁1 2 3