Philips Lumileds制造出光提取效率**高的光子晶体发光二极管

Philips Lumileds的科学家日前宣布在氮化镓(GaN)LED上直接刻蚀出三角晶格(triangularlattice)结构，制造出号称至今光提取效率**高的光子晶体发光二极管(photonic-crystalLED)，其光提取率高达73%，**高亮度是一般LED的2倍。

　　在LED中，由于半导体晶粒的折射率相当大，活性介质发出的光子往往因全反射而被困在晶粒中。为了要提高光提取率，LED表面通常会加以粗糙化，将光提取率提升至约65%。若再进一步以硅树脂(silicone)或类似的透明料封装，光提取率更可高达80%。不过，封装虽然可以提高光提取效率，但由于LED的亮度与封装材料的折射系数平方成反比，却会牺牲掉LED的亮度。一般封装材料的折射系数约为1.5，在同样的光提取率下，加了封装后LED的亮度会降低约2.25倍。

　　为了避开这个缺点，Lumileds团队选择在LED上直接制作光子晶体结构。他们在发光波长为450nm且以银反射镜取代蓝宝石基板的InGaN/GaNLED上，试验了各种晶格图案及薄膜厚度，结果发现薄的氮化镓膜表现**，它使原本局限在芯片中的光能与光子晶体作用。该小组的**组件具有厚700nm的氮化镓膜，并以干法刻蚀方式制作250 nm深的光子晶体图样，以便让光绕射离开LED。**的光子晶体具有ArchimedeanA13晶格，它是单位晶胞由13个孔洞组成的三角图形，晶格常数为450 nm。

光子晶体结构

　　该公司**的光子晶体LED在2 mA的输入电流下，外部量子效率(external quantumefficiency)为47%，在20mA下外部量子效率为36%，测量得到的内部量子效率在60-69%左右，由此结果推算出的光提取率为68-78%，取平均为73%。

　　LED的封装材料不但会影响组件亮度，而且在高光通量密度下容易降解(degrade)。因此发展出不使用封装而仍能得到高提取效率的方法，成为制造亮度更高的LED的首要任务。

 

为了优化光子晶体结构，研究人员分别测试了膜膜厚（ 从0.5μm到1 μm）、晶格常数从０.２μm到１μm，lattice深度从０.１μm到０.３μm，以及三角形和蜂窝等图案。