发光二极管结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发光二极管技术领域，具体讲是一种使用稀土荧光光子晶体提高光提取效率和使用多层石墨烯提高器件导热性能的发光二极管结构。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)器件是当前电子信息工业应用最为广泛的有源器件。作为照明领域的一个重要部分，其种类日益增多。GaN基发光二极管(GaN-LED)具有能耗低、寿命长、性能稳定和环保等优点，广泛应用于户外显示、交通信号灯和照明等相关领域。半导体发光二极管的出光效率及导热性能这两个参数是影响LED性能的主要指标。
[0003]目前GaN基发光二极管的外量子效率还处于比较低的水平，有源层发出的光在经过LED内部的吸收、损耗以及在LED半导体材料与空气层界面的反射等，导致其出光效率低下。目前，传统结构的GaN基发光二极管只有不到5%的光能量逃逸出来，大部分的光最终转化热能，而且这部分热能对LED的寿命及稳定性有一定的损害。同时在使用中，由于输入电能中的大部分也转化为热能，因此散热不畅往往会导致其发光效率及使用寿命降低。从而无法制成大功率、高亮度LED器件。因此，基于上述原因，亟待需要一种发光二极管结构，该发光二极管结构出光效率高且导热性能好，以解决上述问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺陷，提供一种发光二极管结构，该发光二极管结构出光效率高且导热性能好。
[0005]本实用新型的技术方案是，提供一种发光二极管结构，包括P型GaN层、InGaN多量子阱有源发光层、η型GaN层、缓冲层、衬底以及散热片；所述的ρ型GaN层依次与InGaN多量子阱有源发光层、η型GaN层、缓冲层、衬底以及散热片连接；所述的发光二极管结构还包括:
[0006]—稀土突光光子晶体层，设在P型GaN层之上；用于生成白光的混光材料和光的输运介质；
[0007]多层石墨烯导热层，设在散热片与衬底之间；用于热量的导出。
[0008]所述稀土荧光光子晶体层的厚度为1-10 μ m。
[0009]所述石墨烯导热层的层数为三层或四层或五层。
[0010]所述稀土荧光光子晶体层内介质柱的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
[0011]所述稀土荧光光子晶体层内空气孔的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
[0012]采用以上结构后，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:
[0013]本实用新型发光二极管结构通过稀土荧光光子晶体层和多层石墨烯来实现出光效率高且导热性能好的目的。1、稀土荧光光子晶体层结合了稀土荧光材料的荧光特性和光子晶体的优异光学特性，在产生白光的同时提高出光效率。工作原理是通过调节稀土荧光光子晶体层的结构参数来改变其禁带频率与有源区的自发辐射频率的关系，则可使得有源区发射出的光以及荧光物质产生的荧光沿着所设计的方向射出芯片。光子晶体可以使光以泄露模式存在限制其传导模式，使LED的光输出效率大大提高。稀土荧光光子晶体层作为生成白光的混光材料和光的输运介质，不同于以往突光物质和光子晶体分离的情况，该层既是荧光物质同时也是光子晶体，从而使荧光的产生和高效出射合二为一，可显著提高LED的光提取效率。2、墨烯凭借其独特晶粒取向以及沿散热表面横向均匀导热的优势，有效起到了热量疏散的作用，多层石墨烯材料做成导热薄膜可有效改善LED的散热性能，对制造大功率LED器件和提高LED使用寿命非常有利。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型发光二极管结构的结构示意图。
[0015]图2是衬底、石墨烯层和散热片的连接结构示意图。
[0016]图3是稀土荧光光子晶体层的结构示意图。
[0017]图中所示l、p型GaN层，2、InGaN多量子阱有源发光层，3、η型GaN层，4、缓冲层，5、衬底，6、散热片，7、稀土荧光光子晶体层，8、石墨烯导热层。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019]如图1、图2、图3所示，本实用新型一种发光二极管结构，包括ρ型GaN层UInGaN多量子阱有源发光层2、η型GaN层3、缓冲层4、衬底5以及散热片6 ;所述的ρ型GaN层I依次与InGaN多量子阱有源发光层2、η型GaN层3、缓冲层4、衬底5以及散热片6连接；所述的发光二极管还包括:
[0020]—稀土突光光子晶体层7,设在ρ型GaN层I之上；用于生成白光的混光材料和光的输运介质；其为蛋白石结构。通过在稀土荧光光子晶体层中制备光子晶体结构，可以有源区发射出的光以及荧光物质产生的荧光沿着所设计的方向射出芯片。提高发光二极管的光输出效率。
[0021]多层石墨烯导热层8，设在散热片6与衬底5之间；用于热量的导出。
[0022]多层石墨烯材料做成导热薄膜作为导热材料，由于石墨烯独特的晶粒取向以及沿散热表面横向均匀导热的优势，能有效的起到热量疏散作用。
[0023]所述稀土荧光光子晶体层7的厚度为1-10 μ m。
[0024]所述石墨烯导热层8的层数为三层或四层或五层。
[0025]所述稀土荧光光子晶体层7内介质柱的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
[0026]所述稀土荧光光子晶体层7内空气孔的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
[0027]该稀土荧光光子晶体层材料为厚度在的1~10 μ m的ZnWO4: Ce，制备出光子晶体结构。衬底5为硅衬底；石墨烯导热层7，该石墨烯导热层为3~5层石墨烯复合材料，以及散热片8，该散热片6为铝质散热片，实际使用时也可以根据需要更换使用其他金属作为散热片。
[0028]稀土荧光光子晶体层7的种类以及材料介质柱或空气孔的形状可以根据实际情况更改，以适应器件生产需要。
[0029]石墨烯导热层8中使用石墨烯的数量，可以根据实际使用的情况适当调整。
[0030]以上仅就本实用新型的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种发光二极管结构，包括P型GaN层(l)、InGaN多量子阱有源发光层(2)、n型GaN层(3)、缓冲层(4)、衬底(5)以及散热片(6);所述的P型GaN层(I)依次与InGaN多量子阱有源发光层(2)、n型GaN层(3)、缓冲层(4)、衬底(5)以及散热片(6)连接；其特征在于，所述的发光二极管还包括: 一稀土突光光子晶体层(7),设在P型GaN层(I)之上；用于生成白光的混光材料和光的输运介质； 多层石墨烯导热层(8)，设在散热片(6)与衬底(5)之间；用于热量的导出。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于:所述稀土荧光光子晶体层(7)的厚度为1-10 μ m。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于:所述石墨烯导热层(8)的层数为三层或四层或五层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于:所述稀土荧光光子晶体层(7)内介质柱的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
5.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于:所述稀土荧光光子晶体层(7)内空气孔的形状为六边形、正方形、圆形、菱形和三角形。
【专利摘要】本实用新型公开了一种发光二极管，其结构包括p型GaN层（1）、InGaN多量子阱有源发光层（2）、n型GaN层（3）、缓冲层（4）、衬底（5）以及散热片（6）；所述的p型GaN层（1）依次与InGaN多量子阱有源发光层（2）、n型GaN层（3）、缓冲层（4）、衬底（5）以及散热片（6）连接；所述的发光二极管还包括：一稀土荧光光子晶体层（7），设在p型GaN层（1）之上；用于生成白光的混光材料和光的输运介质；多层石墨烯导热层（8），设在散热片（6）与衬底（5）之间；用于热量的导出。上述发光二极管结构出光效率高且导热性能好。
【IPC分类】H01L33-64, H01L33-50
【公开号】CN204289526
【申请号】CN201420861129
【发明人】刘源, 邹继军, 万明, 张钦亮, 周飞, 彭新村, 刘晓艳
【申请人】天际(吉安)光电信息有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日