CN2824296Y - 制备发光二极管光子晶体的装置 - Google Patents

Abstract

制备发光二极管光子晶体的装置，涉及一种发光二极管，尤其是涉及一种用全息技术在发光二极管中制备二维光子晶体的装置。提供一种成本低、速度快，用全息的方法制备光子晶体掩膜层的装置。设有激光器，扩束滤波器设于激光器输出光轴上，准直透镜设于扩束滤波器输出光轴上，衍射光学元件设有3个相同的透射光栅，衍射光学元件设于准直透镜的平行光束上，光刻胶层涂于发光二极管芯片表面，设于光栅的3束一级衍射光相遇的干涉区域。只需一次曝光和显影，即可在整个芯片上形成光子晶体图形，制作过程迅速。衍射光学元件上只有三个对称排列的光栅，容易制作。光刻胶易购买，价格低，所用设备简单、便宜，成本低，生产速度快，适合大批量制作LED光子晶体。

Description

制备发光二极管光子晶体的装置

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管，尤其是涉及一种用全息技术在发光二极管(LED)中制备二维光子晶体的装置。

背景技术

高亮度LED在平板显示、打印、照明、光互连等方面有着大量需求，但由于LED存在表面复合大和提取效率低的问题，虽然它有接近100％的内量子效率，但它的外量子效率很低，只有约1/(4n²)的发射光从LED的表面或底部射出(M Boroditsky and E Yablonovitch，Proc.SPIE，3002：119，1997)，大部分光都损失掉了。为提高LED的外量子效率，最近几年发明了在LED表面制作二维光子晶体来提高LED的提取效率和减小表面复合的方法(T N Oder，KH Kim，J Y Lin，H X Jiang，III-nitride blue and ultraviolet photonic crystal light emitting diodes，Appl.Phys.Lett.，84(4)：466468；H Ichikawa，K Inoshita，T Baba，Reduced surfacerecombination and strongly enhanced light extraction in CH₄-plasma-irradiated GaInAsP photoniccrystal，IEEE 2000；A A Erchak，D J Ripin，S Fan，et al，Increased light extraction from alight-emitting diode using a two-dimensional photonic crystal，Pacific Rim Conference on Lasersand Electro-Optics，CLEO-Technical Digest，pp 125-126，2000)，取得了很好的效果。

光子晶体是由不同折射率的电介质材料周期性排列而形成的人造晶体，对可见和近红外光波具有光禁带。在LED的表面制作具有一定深度的二维光子晶体，目前采用的方法基本上是先用电子束在LED表面刻出光子晶体的图形作为掩膜层，然后用感应等离子体刻蚀(ICP)或反应离子刻蚀(RI)的方法在半导体的表层刻蚀出光子晶体结构。这种掩膜层的制作方法成本高、速度慢，因为电子束设备十分昂贵，且在掩膜层刻制光子晶体图形的过程中必须逐点进行，花费很长时间。

发明内容

本实用新型的目的在于针对已有技术中在发光二极管表面制备光子晶体掩膜层存在的不足，提供一种成本低、速度快，用全息的方法制备发光二极管光子晶体的装置。

本实用新型设有：

激光器；

扩束滤波器，设于激光器的输出光轴上，用于对激光器射出的光扩束与滤波；

准直透镜，设于扩束滤波器的输出光轴上，用于对经扩束的激光准直，形成一束平行光；

衍射光学元件，衍射光学元件设有3个相同的透射光栅，其余区域为不透明，3个相同的透射光栅分别间隔120°，衍射光学元件设于准直透镜的平行光束上，并相对光轴成对称排列；

光刻胶层，涂于发光二极管芯片表面，设于衍射光学元件的3个透射光栅的3束一级衍射光相遇的干涉区域。

当利用本实用新型在发光二极管中制备光子晶体时，可采用以下方法：

1、设置好上述在发光二极管中制备光子晶体的装置；

2、开启激光器，从激光器射出的光经扩束滤波器扩束滤波和准直透镜准直后成为一束平行光，平行光照射在衍射光学元件上；

3、在衍射光学元件上的3束光相遇的干涉区域放置表面涂有光刻胶层的发光二极管芯片；

4、经全息记录采用的曝光和显影，将干涉图记录到光刻胶层中；

5、刻蚀，即在发光二极管中形成与光刻胶中相同的二维光子晶体结构。

若采用正性光刻胶，显影后在胶中形成许多空气圆孔呈六角形排列。

与已有的技术相比，本发明在LED表面的光刻胶层中制作二维光子晶体结构，只需一次曝光和显影，即可在整个芯片上形成光子晶体图形，制作过程十分迅速。衍射光学元件上只有三个对称排列的光栅，很容易制作。光刻胶很容易购买，且价格低。而现有方法采用电子束制作掩模版上的圆孔，制作过程十分缓慢且设备昂贵。由于本发明所用设备简单、便宜，成本很低，而且生产速度快，因此适合于大批量生产制作LED光子晶体。

附图说明

图1为光刻胶二维光子晶体掩膜层全息制备装置示意图。

图2为衍射光学元件结构示意图。

图3为光刻胶表面的二维晶格结构示意图。

图4为LED掩膜层截面示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，制备发光二极管光子晶体的装置设有激光器1，扩束滤波器2设于激光器1的输出光轴上，用于对激光器1射出的光扩束与滤波；准直透镜3设于扩束滤波器2的输出光轴上，用于对经扩束的激光准直，形成一束平行光；衍射光学元件4设有3个相同同的透射光栅5，其余区域为不透明，3个相同的透射光栅5分别间隔120°，衍射光学元件4设于准直透镜3的平行光束上，并相对光轴成对称排列(参见图2)；光刻胶层6涂于发光二极管芯片7表面，设于衍射光学元件4的3个透射光栅5的3束一级衍射光相遇的干涉区域。从激光器1射出的光经扩束并准直后，成为一束平行光照射在衍射光学元件4上。在衍射光学元件4的背后，3个透射光栅5的一级衍射光以相同角度折向光轴。在3束光相遇的区域形成干涉，干涉图案是具有三角晶格结构的二维光子晶体，其表面图形示于图3。在干涉区域放置表面涂有一层光刻胶的LED芯片7，经通常全息记录采用的曝光和显影工艺，将干涉图记录到光刻胶层6中。只要曝光量足够强并配合适当的显影时间，就可使在光刻胶层6中刻出的刻蚀孔61穿透光刻胶层，这样就形成光子晶体掩膜层。图4是LED芯片的截面图，可见光刻胶的开孔处对应的LED曝露于空气中。此时采用ICP或RI刻蚀，LED表面未受光刻胶阻挡的开孔区域61受到刻蚀，并形成LED被刻蚀区域71，从而在LED中形成与光刻胶中相同的二维光子晶体结构。

所采用的激光器其波长应对所用光刻胶敏感。

Claims (1)

1、制备发光二极管光子晶体的装置，其特征在于设有：

激光器；

扩束滤波器，设于激光器的输出光轴上，用于对激光器射出的光扩束与滤波；

准直透镜，设于扩束滤波器的输出光轴上，用于对经扩束的激光准直，形成一束平行光；

衍射光学元件，衍射光学元件设有3个相同的透射光栅，其余区域为不透明，3个相同的透射光栅分别间隔120°，衍射光学元件设于准直透镜的平行光束上，并相对光轴成对称排列；

光刻胶层，涂于发光二极管芯片表面，设于衍射光学元件的3个透射光栅的3束一级衍射光相遇的干涉区域。

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