[发明专利]一种含左手材料的LED 反光镜晶体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子器件制备技术，特别涉及一种作为反光镜的LED外延芯片结构及制备方法。 

背景技术

半导体发光二极管（Light Emitting Diode，LED）在信号显示、背光源和固态照明领域有着极其广泛的应用，尤其以Ⅲ—Ⅴ族化合物氮化镓（GaN）材料为基础的LED应用较多，具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快等特点。垂直结构LED（Vertical Light Emitting Diode，VLED）相对于水平结构LED，具有散热性能好，发光效率高，寿命长等优势，因此是LED重要的发展方向。 

自John和Yabolonivitch1987年提出光子晶体的概念以来，光子晶体不仅成为微纳光电子学和量子光学的重要研究领域，而且在信息光学以及其他多个学科中得到广泛应用。光子晶体的典型特点是具有光子带隙，能够有效的控制光子(电磁波)传播的频率和方向，并且具有低损耗的优势。 

1967年，前苏联物理学家Veselago提出了一种左手材料(Left-handed material，简称LHM)的概念，这种材料的介电常数ε和磁导率μ均为负值，电场、磁场和波矢之间构成左手关系，折射率为负值，所以也称为负折射率材料(negative index of refraction material,简称NIM)。2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家利用以铜为主的复合材料首次制造出微波波段的左手材料，之后左手材料吸引了越来越多的关注，发展迅猛。2003年与2006年，美国《科学》杂志两次评选左手材料为年度全球十大科学进展之一。左手材料作为一种特殊的材料可以在微波器件，完美透镜、军事隐身以及信息通讯等领域发挥巨大的作用。 

由右手材料制备的光子晶体存在带宽窄的缺点，限制了光子晶体的性能和应用。浙江大学（Wang ZY,Chen XM,et al.Photonic crystal narrow filters withnegative refractive index structuraldefects.Progress in Electromagnetics Research,PIER,2008,80,421）提出含左手材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多，并具有狭窄的透射带。美国Purdue大学(Shumin Xiao, Vladimir P.Drachev,et al.Loss-free and active optical negative-indexmetamaterials.Nature.2010,466,735)提出在左手材料中加入增益材料有利于减少光强损耗，加强谐振效应，提高左手材料的性能。Gunnar Dolling(Gunnar Dolling,Christian Enkrich.Simultaneous Negative Phaseand Group Velocity of Lightin a Metamaterial.Science.2006,312,892)提出纳米量级的渔网型结构可以产生左手材料的特性，可代替传统的金属开口谐振环阵列(SRRs)结构，简化工艺流程。 

以上文献涉及的是对左手材料以及由左右手材料构成的光子晶体特性的研究，并不涉及其在LED中的应用。以往的专利中涉及的是左手材料的制备工艺，并不涉及含左右手材料的光子晶体结构的设计和制备，也不涉及在LED中的应用。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种含左手材料的LED反光镜晶体结构及制备工艺，以降低光强损耗，提高反射效率，从而提高LED的发光效率。 

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的： 

一种含左手材料的LED反光镜晶体：从上至下依次包括n-GaN层、多量子阱有源层、p-GaN层，其特征在于，在p-GaN层下面设置一电流扩散层，该电流扩散层下面设置不少于三层的导电金属层，最后一层导电金属层的下面设置一键合金属层，其中，各导电金属层结合面上设置有矩形腔排布的阵列，所有矩形腔中填充固态增益材料，形成左手材料区域A，同一导电金属层中没有矩形腔阵列的平面区域为右手材料区域B，左手材料区域A与右手材料区域B交替叠落；所述各矩形腔周长为120～600nm；阵列的单位距离L₁、L₂不超过250nm。