蓝光LED光子晶体技术原理及制程详解
与Surface Grating 相较下，虽然Resonant Cavity 在电流的注入上会比较容易，不过，ResonantCavity 本身也会有问题存在，那就是共振器LED 在制作上比较困难，制作困难就代表说成本就会提高，对于LED 大家都希望可以以低成本量产，这就造成了发展瓶颈，Penetration与Resonant Cavity 这2 个设计，只是在LED 上面加上一个二次元的设计，这样的设计是可以用上原本既有的LED 上。
现有的LED 结构，可以看到他的全反射，临界度是比较小的，主要是因为表面将光全部反射，相对的，光子晶体蓝色LED 所设计出来的LED，由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光可以比临界角还小，并可进入临界角投射到外面，改善过去LED 的光会全部反射的问题。从LED 的活性层发射出来的光，我们可以360 度放射出去，但以往的LED 只能受限于临界角，只能在临界角范围内发光，在临界角内的光才能发射出去，我们知道临界角范围内的面积只占整个范围的4%，所以相对光子晶体的光就比较广，能有更多的面积将光反射出去，就是利用这个原理将发光效率提高。
6、光子晶体的设计要点
在光子晶体的设计上有一些重点，有一个指标是周期这一部分，周期和衍射的距离有关，如果周期越小，衍射的距离就越大，纵使经过修正后还是没有办法将光发射到外面去。相对的如果周期变大，衍射的距离越小，因为这样的关系，光就可以移到外面去了，所以在设计上需要找到一个最适合的周期。
还有一个要点就是高度，高度跟衍射的效率有相当紧密的相关联性，实际上并不是所有的光都会受到衍射的影响，受到衍射影响的光都会跟衍射率产生相关联，所以这两个重要指标就是在开发光子晶体LED 时，需要计算出最适当数值的G 值，所以在设计上就必须经过相当精的密计算来取得G 值。
而在设计中，如何去计算出LED 表面需要多少光，可以利用FDTD 计算方式来做一些运算，这个计算方式在光子晶体上是普遍被运用的一个方式。非光子晶体的LED，是属于表面比较平坦的一种LED。非光子晶体的LED 产生光后，跟空气接触的光源那部分，会因为表面全反射掉。
而光子晶体LED 的设计，可以让光不受反射影响，将光反射到外面。而高度的部分也是成曲线分布，到某一个高度时，效率是最高的，可以看见发光效率最高的周期是在1.5 微米的地方，而发光效率最高是0.25 微米，由此可见，在这个区域是一个非常长的周期，非常短的高度，这就显示说光子晶体的制作非常简单，只要找出最适合的周期1.5 微米，比发光波长还要长的一个周期，然而常说现有的LED 至少要克服这样的条件，但是从这里的设计可以看出，即使这个周期很长，还是可以达到高效率，所以对于这种光子晶体设计，称之为长周期光子晶体。
所以，设计的光子晶体LED周期是比较长的，此外，还有另外的一个特色，就是在光子晶体的表面镀上一整面的薄膜，这个薄膜就是透明电极，透过这个薄膜设计，光可以从整个面都可以发光出去。7、光子晶体LED制程
制作的光子晶体LED 上透明电极的影响作的解释，可以看到，无论有没有涂上透明电极，对发光效率并没有很大影响。根据这个结果，我们就很放心的在光子晶体上覆上一层透明电极。利用蓝宝石作为基板，再经过MOCVD、EB 和RIE ETCHING 等等制程，制作出来二次元的光子晶体LED。
根据我们的说法，目前暂时是利用EB 的方式，但以后在正式量产或商品化时，就会用另一个成本更低的做法，另外还会做乾式(Dry)Etching，再形成一个透明电极和电极板。就理论来说，在计算后的结果应该是高出3 倍的，但是在这次实验后，得出的结果却只有高出50%。分析原因有可能是在光子晶体形成的制造过程中，所使用的数值并不是最适当的数值。所以我们相信，只要改变这个流程，发光效率应该就会像计算的数值一样达到3 倍。
此外，另外一个可能是在制程中出现一小瑕疵，那就是在芯片中有一个小裂缝，而这个裂缝的出现，也会影响到整个LED 的发光效能
8、透过透明电极可达到大面积的发光
我们是第一个将光子晶体运用导入蓝色LED，而且很成功。发光效率达到1.5 倍。相信业界透过这样不断的研究，显示出固体白光照明的商品化应该是指日可待的。这个技术绝对可以运用并量产。另外一点，光子晶体的独特设计使得长周期构造可以实现。因为这样的长周期构造让GaN的光子晶体的应用更容易实现。另外，经过实际的制作后，我们也证实了一件事，在光子晶体的表面都覆上了一整面的透明电极，这样一个独特设计，使得大面积的发光能够具体实现。
评论