[发明专利]一种具有复合结构的偏振发光二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件制造领域，涉及一种发光二极管，特别涉及一种具有复合结构的偏振发光二极管。

背景技术

发光二极管（LED）是一种当在正向方向上被电偏置时以受激方式发光的半导体光源装置。根据材料的不同，LED可以发出近紫外、可见光和近红外光。

以氮化镓为代表的第三代半导体，可以制成高效的LED，氮化镓及其合金的带隙覆盖了从红外到紫外的光谱范围。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐射能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。当前LED发展的两个主流方向，一是提高LED的发光效率，而是赋予LED特殊的光学性能，从LED的特殊光学性能来讲，例如赋予LED偏振出光的特性，具有非常重要的实际意义。如果LED芯片本身就发射偏振光的话，将带来很多设备、体积、耗资上的节省。基于偏振型 LED结构紧凑、体积小、反应速度快、光损耗低、能量转化效率高等优点，几乎所有的传统的偏振光源都可以使用偏振型LED代替，例如3D放映机的照明光源、磁光存储的激光头等。所以，研究、设计、制造偏振型LED对加深LED的理论研究、扩展应用范围、提高应用质量具有重要价值。

经检索，专利CN 103746057 A 公开了一种线偏振出光发光二极管，如图1所示，包括基底1^，、n型层2^，、量子阱3^，和p型层4^，，在p型层4^，的上表面设有介质过渡层5^，，所述介质过渡层5^，上设有纳米双层金属光栅6^，，所述介质过渡层5^，上的厚度在50～300nm；本发明针对氮化镓基LED发光在蓝、绿光区，经过调整和优化相关结构参数，可以实现优异的光学偏振特性及较好的透过率。但该结构的线偏振出光发光二极管仍存在一定的缺陷：1.通过合理设计，纳米双层金属光栅可以实现对平行于线栅的偏振光具有强的反射，相应垂直方向的偏振光具有强的透射，但该结构设计不能保证发光二极管的内量子效率；2. 该结构通过优化介质过渡层厚度、介质光栅周期、占空比、厚度及双层光栅的厚度，实现LED的高偏振度出光，但不能使原来发生全发射的光线全部出射，进而发光效率还有待提高，偏振度也有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高发光效率及增强内量子效率的具有复合结构的偏振发光二极管。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有复合结构的偏振发光二极管，其创新点在于：所述偏振发光二极管包括自下而上依次设置的具有完整结构可以正常发光的发光二极管芯片、周期性结构增透层以及纳米金属颗粒光子晶体层。

进一步地，所述周期性结构增透层的图形是具有周期结构的半椭球体、圆锥、四棱锥、三棱锥、四棱台或圆台中的一种，优选半椭球体和圆锥，图形的横向周期为0.1 μm ～20 μm，图形的底面直径与高度比为0.1～10。

进一步地，所述纳米金属颗粒的光子晶体层，光子晶体可以是一维光子晶体、二维光子晶体或三维光子晶体。

进一步地，所述纳米金属颗粒的光子晶体层，三维光子晶体的晶格结构可以是三维面心立方晶格、三维立方晶格或三维六角晶格中的一种。

进一步地，所述纳米金属颗粒的光子晶体层，金属纳米颗粒为周期性分布或非周期性分布的金属纳米球。

进一步地，所述纳米金属颗粒的光子晶体层，金属纳米颗粒的直径为1-800nm。

进一步地，所述纳米金属颗粒的光子晶体层，金属纳米颗粒的材料为Al、Ag、Au、Cu、Ni、Cr或它们的合金。

本发明的优点在于：本发明具有复合结构的偏振发光二极管，通过纳米金属颗粒构成的光子晶体的偏振结构，可获得偏振出光；同时，纳米金属颗粒的使用，可以充分利用等离子体激元效应，从而可以有效地增强LED的内量子效率；此外，周期性结构增透层可提高光线的出射角，将原来发生全发射的光线出射，大大提高发光效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是CN 103746057 A 中线偏振出光发光二极管的结构示意图。

图2是本发明具有复合结构的偏振发光二极管的结构示意图。

图3和图4是具有复合结构的偏振发光二极管中周期性结构增透层的结构示意图。