藍光LED光子晶體技術原理及制作流程

　　5、光子晶體藍色LED 運作原理

　　現(xiàn)有的LED 結構，可以看到他的全反射，臨界度是比較小的，主要是因為表面將光全部反射，相對的，光子晶體藍色LED 所設計出來的LED，由于衍射的關系，可以修正光的角度，修正后的光可以比臨界角還小，并可進入臨界角投射到外面，改善過去LED 的光會全部反射的問題。從LED 的活性層發(fā)射出來的光，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發(fā)光，在臨界角內的光才能發(fā)射出去，我們知道臨界角范圍內的面積只占整個范圍的4%，所以相對光子晶體的光就比較廣，能有更多的面積將光反射出去，就是利用這個原理將發(fā)光效率提高。

　　6、光子晶體的設計要點

　　在光子晶體的設計上有一些重點，有一個指標是周期這一部分，周期和衍射的距離有關，如果周期越小，衍射的距離就越大，縱使經過修正后還是沒有辦法將光發(fā)射到外面去。相對的如果周期變大，衍射的距離越小，因為這樣的關系，光就可以移到外面去了，所以在設計上需要找到一個最適合的周期。

　　還有一個要點就是高度，高度跟衍射的效率有相當緊密的相關聯(lián)性，實際上并不是所有的光都會受到衍射的影響，受到衍射影響的光都會跟衍射率產生相關聯(lián)，所以這兩個重要指標就是在開發(fā)光子晶體LED 時，需要計算出最適當數值的G 值，所以在設計上就必須經過相當精的密計算來取得G 值。

　　而在設計中，如何去計算出LED 表面需要多少光，可以利用FDTD 計算方式來做一些運算，這個計算方式在光子晶體上是普遍被運用的一個方式。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 產生光后，跟空氣接觸的光源那部分，會因為表面全反射掉。

　　而光子晶體LED 的設計，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，到某一個高度時，效率是最高的，可以看見發(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，在這個區(qū)域是一個非常長的周期，非常短的高度，這就顯示說光子晶體的制作非常簡單，只要找出最適合的周期1.5 微米，比發(fā)光波長還要長的一個周期，然而常說現(xiàn)有的LED 至少要克服這樣的條件，但是從這里的設計可以看出，即使這個周期很長，還是可以達到高效率，所以對于這種光子晶體設計，稱之為長周期光子晶體。

　　所以，設計的光子晶體LED周期是比較長的，此外，還有另外的一個特色，就是在光子晶體的表面鍍上一整面的薄膜，這個薄膜就是透明電極，透過這個薄膜設計，光可以從整個面都可以發(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，無論有沒有涂上透明電極，對發(fā)光效率并沒有很大影響。根據這個結果，我們就很放心的在光子晶體上覆上一層透明電極。利用藍寶石作為基板，再經過MOCVD、EB 和RIE ETCHING 等等制程，制作出來二次元的光子晶體LED。

　　根據我們的說法，目前暫時是利用EB 的方式，但以后在正式量產或商品化時，就會用另一個成本更低的做法，另外還會做乾式(Dry)Etching，再形成一個透明電極和電極板。就理論來說，在計算后的結果應該是高出3 倍的，但是在這次實驗后，得出的結果卻只有高出50%。分析原因有可能是在光子晶體形成的制造過程中，所使用的數值并不是最適當的數值。所以我們相信，只要改變這個流程，發(fā)光效率應該就會像計算的數值一樣達到3 倍。

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

　　8、透過透明電極可達到大面積的發(fā)光

　　我們是第一個將光子晶體運用導入藍色LED，而且很成功。發(fā)光效率達到1.5 倍。相信業(yè)界透過這樣不斷的研究，顯示出固體白光照明的商品化應該是指日可待的。這個技術絕對可以運用并量產。另外一點，光子晶體的獨特設計使得長周期構造可以實現(xiàn)。因為這樣的長周期構造讓GaN的光子晶體的應用更容易實現(xiàn)。另外，經過實際的制作后，我們也證實了一件事，在光子晶體的表面都覆上了一整面的透明電極，這樣一個獨特設計，使得大面積的發(fā)光能夠具體實現(xiàn)。