藍(lán)光LED光子晶體技術(shù)原理及制程詳解

　　與Surface Grating 相較下，雖然Resonant Cavity 在電流的注入上會(huì)比較容易，不過(guò)，ResonantCavity 本身也會(huì)有問(wèn)題存在，那就是共振器LED 在制作上比較困難，制作困難就代表說(shuō)成本就會(huì)提高，對(duì)于LED 大家都希望可以以低成本量產(chǎn)，這就造成了發(fā)展瓶頸，Penetration與Resonant Cavity 這2 個(gè)設(shè)計(jì)，只是在LED 上面加上一個(gè)二次元的設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)是可以用上原本既有的LED 上。

　　5、光子晶體藍(lán)色LED 運(yùn)作原理

　　現(xiàn)有的LED 結(jié)構(gòu)，可以看到他的全反射，臨界度是比較小的，主要是因?yàn)楸砻鎸⒐馊糠瓷?，相?duì)的，光子晶體藍(lán)色LED 所設(shè)計(jì)出來(lái)的LED，由于衍射的關(guān)系，可以修正光的角度，修正后的光可以比臨界角還小，并可進(jìn)入臨界角投射到外面，改善過(guò)去LED 的光會(huì)全部反射的問(wèn)題。從LED 的活性層發(fā)射出來(lái)的光，我們可以360 度放射出去，但以往的LED 只能受限于臨界角，只能在臨界角范圍內(nèi)發(fā)光，在臨界角內(nèi)的光才能發(fā)射出去，我們知道臨界角范圍內(nèi)的面積只占整個(gè)范圍的4%，所以相對(duì)光子晶體的光就比較廣，能有更多的面積將光反射出去，就是利用這個(gè)原理將發(fā)光效率提高。

　　6、光子晶體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　在光子晶體的設(shè)計(jì)上有一些重點(diǎn)，有一個(gè)指標(biāo)是周期這一部分，周期和衍射的距離有關(guān)，如果周期越小，衍射的距離就越大，縱使經(jīng)過(guò)修正后還是沒(méi)有辦法將光發(fā)射到外面去。相對(duì)的如果周期變大，衍射的距離越小，因?yàn)檫@樣的關(guān)系，光就可以移到外面去了，所以在設(shè)計(jì)上需要找到一個(gè)最適合的周期。

　　還有一個(gè)要點(diǎn)就是高度，高度跟衍射的效率有相當(dāng)緊密的相關(guān)聯(lián)性，實(shí)際上并不是所有的光都會(huì)受到衍射的影響，受到衍射影響的光都會(huì)跟衍射率產(chǎn)生相關(guān)聯(lián)，所以這兩個(gè)重要指標(biāo)就是在開(kāi)發(fā)光子晶體LED 時(shí)，需要計(jì)算出最適當(dāng)數(shù)值的G 值，所以在設(shè)計(jì)上就必須經(jīng)過(guò)相當(dāng)精的密計(jì)算來(lái)取得G 值。

　　而在設(shè)計(jì)中，如何去計(jì)算出LED 表面需要多少光，可以利用FDTD 計(jì)算方式來(lái)做一些運(yùn)算，這個(gè)計(jì)算方式在光子晶體上是普遍被運(yùn)用的一個(gè)方式。非光子晶體的LED，是屬于表面比較平坦的一種LED。非光子晶體的LED 產(chǎn)生光后，跟空氣接觸的光源那部分，會(huì)因?yàn)楸砻嫒瓷涞簟?p>　　而光子晶體LED 的設(shè)計(jì)，可以讓光不受反射影響，將光反射到外面。而高度的部分也是成曲線分布，到某一個(gè)高度時(shí)，效率是最高的，可以看見(jiàn)發(fā)光效率最高的周期是在1.5 微米的地方，而發(fā)光效率最高是0.25 微米，由此可見(jiàn)，在這個(gè)區(qū)域是一個(gè)非常長(zhǎng)的周期，非常短的高度，這就顯示說(shuō)光子晶體的制作非常簡(jiǎn)單，只要找出最適合的周期1.5 微米，比發(fā)光波長(zhǎng)還要長(zhǎng)的一個(gè)周期，然而常說(shuō)現(xiàn)有的LED 至少要克服這樣的條件，但是從這里的設(shè)計(jì)可以看出，即使這個(gè)周期很長(zhǎng)，還是可以達(dá)到高效率，所以對(duì)于這種光子晶體設(shè)計(jì)，稱之為長(zhǎng)周期光子晶體。

　　所以，設(shè)計(jì)的光子晶體LED周期是比較長(zhǎng)的，此外，還有另外的一個(gè)特色，就是在光子晶體的表面鍍上一整面的薄膜，這個(gè)薄膜就是透明電極，透過(guò)這個(gè)薄膜設(shè)計(jì)，光可以從整個(gè)面都可以發(fā)光出去。7、光子晶體LED制程

　　制作的光子晶體LED 上透明電極的影響作的解釋，可以看到，無(wú)論有沒(méi)有涂上透明電極，對(duì)發(fā)光效率并沒(méi)有很大影響。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，我們就很放心的在光子晶體上覆上一層透明電極。利用藍(lán)寶石作為基板，再經(jīng)過(guò)MOCVD、EB 和RIE ETCHING 等等制程，制作出來(lái)二次元的光子晶體LED。

　　根據(jù)我們的說(shuō)法，目前暫時(shí)是利用EB 的方式，但以后在正式量產(chǎn)或商品化時(shí)，就會(huì)用另一個(gè)成本更低的做法，另外還會(huì)做乾式(Dry)Etching，再形成一個(gè)透明電極和電極板。就理論來(lái)說(shuō)，在計(jì)算后的結(jié)果應(yīng)該是高出3 倍的，但是在這次實(shí)驗(yàn)后，得出的結(jié)果卻只有高出50%。分析原因有可能是在光子晶體形成的制造過(guò)程中，所使用的數(shù)值并不是最適當(dāng)?shù)臄?shù)值。所以我們相信，只要改變這個(gè)流程，發(fā)光效率應(yīng)該就會(huì)像計(jì)算的數(shù)值一樣達(dá)到3 倍。

　　此外，另外一個(gè)可能是在制程中出現(xiàn)一小瑕疵，那就是在芯片中有一個(gè)小裂縫，而這個(gè)裂縫的出現(xiàn)，也會(huì)影響到整個(gè)LED 的發(fā)光效能

　　8、透過(guò)透明電極可達(dá)到大面積的發(fā)光

　　我們是第一個(gè)將光子晶體運(yùn)用導(dǎo)入藍(lán)色LED，而且很成功。發(fā)光效率達(dá)到1.5 倍。相信業(yè)界透過(guò)這樣不斷的研究，顯示出固體白光照明的商品化應(yīng)該是指日可待的。這個(gè)技術(shù)絕對(duì)可以運(yùn)用并量產(chǎn)。另外一點(diǎn)，光子晶體的獨(dú)特設(shè)計(jì)使得長(zhǎng)周期構(gòu)造可以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫@樣的長(zhǎng)周期構(gòu)造讓GaN的光子晶體的應(yīng)用更容易實(shí)現(xiàn)。另外，經(jīng)過(guò)實(shí)際的制作后，我們也證實(shí)了一件事，在光子晶體的表面都覆上了一整面的透明電極，這樣一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得大面積的發(fā)光能夠具體實(shí)現(xiàn)。