日本用二維光子結晶結構提高LED發(fā)光效率

    日本京都大學和科學技術振興機構（JST）組成的聯(lián)合研究小組日前宣布，在發(fā)光元件結構中使用二維光子結晶結構，提高了發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光效率（發(fā)布資料。與沒有光子結晶結構相比，將發(fā)光元件內部發(fā)出的光線照射到LED發(fā)光面法線方向的效率（光導效率）達到了4～5倍。過去，由LED內部發(fā)出的光線大多沿發(fā)光面方向照射，因為沒有出口，就會發(fā)熱。 

　　所謂光子結晶，就是指使光通過的物質像結晶一樣周期性地產生折射率的變化。這種結晶具有波長與其柵格間隙相接近的光線無法進入結晶內部的性質。具體來講就是指，通過形成與發(fā)光元件中心波長除以構成光子結晶的介質折射率所得到的值相接近的周期結構，阻止光的進入。 

　　沿元件發(fā)光面以二維方式形成這種周期結構，使其沿發(fā)光面具備一種周期結構。具體來說，就是有規(guī)則地形成蜂窩狀的孔（圖）。由此，光線就無法沿發(fā)光面方向前進，絕大部分就會沿發(fā)光面的法線方向傳導出來。結果，“光導效率就會提高，理論上來講可達到100％”（京都大學研究生院教授野田進）。而不采用提高光導效率的方法時，紅色LED的光導效率僅為20％左右。 

　　此次通過在LED的發(fā)光部分使用了InGaAsP材料，結晶柵格間隙為390nm～480nm時光導效率得到了提高。與沒有光子結晶結構時相比，達到了4倍～5倍。而390nm～480nm的周期就接近于InGaAsP的發(fā)光中心波長1550nm除以InGaAsP的折射率3.3所得的值。 

　　光導效率能夠得到提高的波長之所以分布于390nm～480nm之間，與垂直于發(fā)光面形成的孔徑有關系?？讖皆酱螅鈱誓軌虻玫教岣叩牟ㄩL寬度就越大。反之，孔徑越小，波長寬度就越窄。 

　　此次只是在LED中使用了光子結晶結構，其實還可應用于半導體激光器和有機發(fā)光元件等領域，據(jù)稱能夠提高所有發(fā)光元件的發(fā)光效率。該公司表示，今后還準備應用于GaN類藍色LED中。