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(xué)和科學(xué)技術(shù)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(méi)有光子結晶結構相比，將發(fā)光元件內部發(fā)出的光線(xiàn)照射到LED發(fā)光面法線(xiàn)方向的效率（光導效率）達到了4～5倍。過(guò)去，由LED內部發(fā)出的光線(xiàn)大多沿發(fā)光面方向照射，因為沒(méi)有出口，就會(huì )發(fā)熱。 

　　所謂光子結晶，就是指使光通過(guò)的物質(zhì)像結晶一樣周期性地產(chǎn)生折射率的變化。這種結晶具有波長(cháng)與其柵格間隙相接近的光線(xiàn)無(wú)法進(jìn)入結晶內部的性質(zhì)。具體來(lái)講就是指，通過(guò)形成與發(fā)光元件中心波長(cháng)除以構成光子結晶的介質(zhì)折射率所得到的值相接近的周期結構，阻止光的進(jìn)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(lái)說(shuō)，就是有規則地形成蜂窩狀的孔（圖）。由此，光線(xiàn)就無(wú)法沿發(fā)光面方向前進(jìn)，絕大部分就會(huì )沿發(fā)光面的法線(xiàn)方向傳導出來(lái)。結果，“光導效率就會(huì )提高，理論上來(lái)講可達到100％”（京都大學(xué)研究生院教授野田進(jìn)）。而不采用提高光導效率的方法時(shí)，紅色LED的光導效率僅為20％左右。 

　　此次通過(guò)在LED的發(fā)光部分使用了InGaAsP材料，結晶柵格間隙為390nm～480nm時(shí)光導效率得到了提高。與沒(méi)有光子結晶結構時(shí)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(cháng)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(cháng)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(guān)系?？讖皆酱?，光導效率能夠得到提高的波長(cháng)寬度就越大。反之，孔徑越小，波長(cháng)寬度就越窄。 

　　此次只是在LED中使用了光子結晶結構，其實(shí)還可應用于半導體激光器和有機發(fā)光元件等領(lǐng)域，據稱(chēng)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(lèi)藍色LED中。