[實(shí)用新型]一種偏振出光發(fā)光二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420116217.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203787452U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹冰;邢賀;張桂菊;王欽華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/44
• 分類號(hào): H01L33/44;H01L33/46
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種發(fā)光二極（LED），具體涉及一種具有復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)的偏振裝置。

背景技術(shù)

探索制備高亮度的、偏振出光的氮化鎵（GaN）基發(fā)光二極管（LED）具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。比如，在偏振出光LED在液晶背光源上，如果LED芯片本身就發(fā)射偏振光的話，將帶來(lái)很多設(shè)備、體積、耗資上的節(jié)省。當(dāng)前，在LED出光端面制作亞波長(zhǎng)金屬光柵結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)LED偏振出光，是一種非常有潛力的制作高質(zhì)量偏振器的方式。

亞波長(zhǎng)表面光柵光學(xué)元件可以反射大多數(shù)橫電波（TE）偏振光，而允許大多數(shù)橫磁波（TM）偏振光通過(guò)，展示了優(yōu)良的偏振特性。通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的偏振出光特性的比較發(fā)現(xiàn)，在金屬光柵和GaN基底之間加入介質(zhì)層可以有效地增強(qiáng)LED的偏振光透過(guò)率和消光比特性。在本實(shí)用新型作出之前，中國(guó)發(fā)明專利?“一種偏振出光發(fā)光二極管”?（CN102263183A）公開(kāi)了一種具有二維表面周期結(jié)構(gòu)的偏振出光發(fā)光二極管，在p型層上表面鍍有一介質(zhì)過(guò)渡層，其上復(fù)合二維周期點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)表面層，該專利未涉及空氣隙結(jié)構(gòu)，并且不能實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠光波段的高偏振出光。中國(guó)發(fā)明專利?“一種增強(qiáng)偏振出光發(fā)光二極管?”?（CN101853912A）涉及一種具有復(fù)合微納表面光柵結(jié)構(gòu)的偏振出光發(fā)光二極管，在于p型層的上表面鍍有介質(zhì)過(guò)渡層與金屬光柵的復(fù)合結(jié)構(gòu)，介質(zhì)過(guò)渡層的折射率n滿足條件：1<n<p型層介質(zhì)的折射率；針對(duì)GaN基LED典型發(fā)光波長(zhǎng)440～520nm以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的偏振性能，但它尚不能覆蓋整個(gè)綠光波段。

目前，在LED封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)采用空氣隙復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)LED在整個(gè)藍(lán)綠光波段偏振出光的技術(shù)方案未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中偏振出光發(fā)光二極管的發(fā)光波段的局限性，提供一種新型的偏振出光發(fā)光二極管。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的技術(shù)方案是提供一種偏振出光發(fā)光二極管，其結(jié)構(gòu)為n型GaN層生長(zhǎng)于襯底之上，量子阱生長(zhǎng)于n型GaN層之上，p型GaN層生長(zhǎng)于量子阱之上，過(guò)渡層生長(zhǎng)于p型GaN層之上，它還包括一個(gè)設(shè)置于發(fā)光二極管的出光端面上的復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)，所述的復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)為在過(guò)渡層和表面金屬光柵結(jié)構(gòu)之間加入空氣隙，空氣隙的厚度為60～350nm，過(guò)渡層的厚度為50～250nm，表面金屬光柵的周期為60～400nm,?占空比為0.2～0.9，深度為60～400nm。

本實(shí)用新型所述的一種偏振出光發(fā)光二極管，過(guò)渡層的材料為SiO₂、Al₂O₃或TiO₂中的一種；過(guò)渡層的材料還可以為聚苯乙烯。金屬光柵的材料為Al、Ag、Au和Cu，或他們的合金。

本實(shí)用新型的原理是：由于LED芯片中量子阱發(fā)射的光無(wú)方向性，為了實(shí)現(xiàn)LED表面高偏振度的偏振出光，本實(shí)用新型采用在LED芯片的出光端面上集成制作空氣隙金屬?gòu)?fù)合光柵結(jié)構(gòu)。通過(guò)合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)方向的偏振光具有強(qiáng)的反射，相應(yīng)垂直方向的偏振光具有強(qiáng)的反射。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)空氣隙、過(guò)渡層、光柵周期、占空比和深度，實(shí)現(xiàn)LED的高偏振度出光。根據(jù)時(shí)域有限差分法（finite-difference?time-domain）進(jìn)行計(jì)算以上參數(shù)的具體數(shù)值，設(shè)計(jì)原則以在該LED發(fā)光波長(zhǎng)下達(dá)到最好的偏振消光比和透過(guò)率的組合為準(zhǔn)。復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)具有更大的透射率和消光比，利用薄膜光學(xué)原理和有效介質(zhì)理論方法分析，其物理原理可以得到充分的證明。根據(jù)薄膜光學(xué)原理可知，有效折射率層的引入相當(dāng)于在GaN基底上增加了一層增透膜，形成了類Fabry-Perot（F-P）腔，在滿足一定的干涉條件時(shí)，將引起光透射增強(qiáng)效應(yīng)。過(guò)渡層和空氣隙結(jié)構(gòu)的引入使得表面金屬光柵的有效折射率的某一偏振分量(TM偏振)的有效介電常數(shù)變大，從而這一偏振光分量的透過(guò)率提高，同時(shí)又抑制了另一偏振方向光(TE偏振)。因此，過(guò)渡層和空氣隙結(jié)構(gòu)的引入帶來(lái)了偏振光的透射增強(qiáng)效應(yīng)和改善了偏振消光比是由于多層等效光柵結(jié)構(gòu)的雙折射效應(yīng)和多層膜干涉效應(yīng)綜合的結(jié)果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的顯著特點(diǎn)是：通過(guò)設(shè)置空氣隙金屬光柵結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)調(diào)整和優(yōu)化相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，在?GaN基LED發(fā)光在藍(lán)、綠光區(qū)，基本可以覆蓋整個(gè)藍(lán)綠光波段實(shí)現(xiàn)高透過(guò)率和高消光比，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的光學(xué)偏振特性，對(duì)設(shè)計(jì)和制造新型具有特殊光學(xué)性能的有源光學(xué)器件具有指導(dǎo)意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種空氣隙復(fù)合光柵偏振出光LED的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；