專利名稱：制備發(fā)光二極管光子晶體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)光二極管，尤其是涉及一種用全息技術(shù)在發(fā)光二極管(LED)中制備二維光子晶體的裝置。
背景技術(shù)：
高亮度LED在平板顯示、打印、照明、光互連等方面有著大量需求，但由于LED存在表面復(fù)合大和提取效率低的問題，雖然它有接近100％的內(nèi)量子效率，但它的外量子效率很低，只有約1/(4n2)的發(fā)射光從LED的表面或底部射出(M Boroditsky and E Yablonovitch，Proc.SPIE，3002119，1997)，大部分光都損失掉了。為提高LED的外量子效率，最近幾年發(fā)明了在LED表面制作二維光子晶體來提高LED的提取效率和減小表面復(fù)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。
光子晶體是由不同折射率的電介質(zhì)材料周期性排列而形成的人造晶體，對可見和近紅外光波具有光禁帶。在LED的表面制作具有一定深度的二維光子晶體，目前采用的方法基本上是先用電子束在LED表面刻出光子晶體的圖形作為掩膜層，然后用感應(yīng)等離子體刻蝕(ICP)或反應(yīng)離子刻蝕(RI)的方法在半導(dǎo)體的表層刻蝕出光子晶體結(jié)構(gòu)。這種掩膜層的制作方法成本高、速度慢，因為電子束設(shè)備十分昂貴，且在掩膜層刻制光子晶體圖形的過程中必須逐點進行，花費很長時間。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對已有技術(shù)中在發(fā)光二極管表面制備光子晶體掩膜層存在的不足，提供一種成本低、速度快，用全息的方法制備發(fā)光二極管光子晶體的裝置。
本實用新型設(shè)有激光器；
擴束濾波器，設(shè)于激光器的輸出光軸上，用于對激光器射出的光擴束與濾波；準(zhǔn)直透鏡，設(shè)于擴束濾波器的輸出光軸上，用于對經(jīng)擴束的激光準(zhǔn)直，形成一束平行光；衍射光學(xué)元件，衍射光學(xué)元件設(shè)有3個相同的透射光柵，其余區(qū)域為不透明，3個相同的透射光柵分別間隔120°，衍射光學(xué)元件設(shè)于準(zhǔn)直透鏡的平行光束上，并相對光軸成對稱排列；光刻膠層，涂于發(fā)光二極管芯片表面，設(shè)于衍射光學(xué)元件的3個透射光柵的3束一級衍射光相遇的干涉區(qū)域。
當(dāng)利用本實用新型在發(fā)光二極管中制備光子晶體時，可采用以下方法1、設(shè)置好上述在發(fā)光二極管中制備光子晶體的裝置；2、開啟激光器，從激光器射出的光經(jīng)擴束濾波器擴束濾波和準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后成為一束平行光，平行光照射在衍射光學(xué)元件上；3、在衍射光學(xué)元件上的3束光相遇的干涉區(qū)域放置表面涂有光刻膠層的發(fā)光二極管芯片；4、經(jīng)全息記錄采用的曝光和顯影，將干涉圖記錄到光刻膠層中；5、刻蝕，即在發(fā)光二極管中形成與光刻膠中相同的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
若采用正性光刻膠，顯影后在膠中形成許多空氣圓孔呈六角形排列。
與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明在LED表面的光刻膠層中制作二維光子晶體結(jié)構(gòu)，只需一次曝光和顯影，即可在整個芯片上形成光子晶體圖形，制作過程十分迅速。衍射光學(xué)元件上只有三個對稱排列的光柵，很容易制作。光刻膠很容易購買，且價格低。而現(xiàn)有方法采用電子束制作掩模版上的圓孔，制作過程十分緩慢且設(shè)備昂貴。由于本發(fā)明所用設(shè)備簡單、便宜，成本很低，而且生產(chǎn)速度快，因此適合于大批量生產(chǎn)制作LED光子晶體。


圖1為光刻膠二維光子晶體掩膜層全息制備裝置示意圖。
圖2為衍射光學(xué)元件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為光刻膠表面的二維晶格結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為LED掩膜層截面示意圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，制備發(fā)光二極管光子晶體的裝置設(shè)有激光器1，擴束濾波器2設(shè)于激光器1的輸出光軸上，用于對激光器1射出的光擴束與濾波；準(zhǔn)直透鏡3設(shè)于擴束濾波器2的輸出光軸上，用于對經(jīng)擴束的激光準(zhǔn)直，形成一束平行光；衍射光學(xué)元件4設(shè)有3個相同同的透射光柵5，其余區(qū)域為不透明，3個相同的透射光柵5分別間隔120°，衍射光學(xué)元件4設(shè)于準(zhǔn)直透鏡3的平行光束上，并相對光軸成對稱排列(參見圖2)；光刻膠層6涂于發(fā)光二極管芯片7表面，設(shè)于衍射光學(xué)元件4的3個透射光柵5的3束一級衍射光相遇的干涉區(qū)域。從激光器1射出的光經(jīng)擴束并準(zhǔn)直后，成為一束平行光照射在衍射光學(xué)元件4上。在衍射光學(xué)元件4的背后，3個透射光柵5的一級衍射光以相同角度折向光軸。在3束光相遇的區(qū)域形成干涉，干涉圖案是具有三角晶格結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其表面圖形示于圖3。在干涉區(qū)域放置表面涂有一層光刻膠的LED芯片7，經(jīng)通常全息記錄采用的曝光和顯影工藝，將干涉圖記錄到光刻膠層6中。只要曝光量足夠強并配合適當(dāng)?shù)娘@影時間，就可使在光刻膠層6中刻出的刻蝕孔61穿透光刻膠層，這樣就形成光子晶體掩膜層。圖4是LED芯片的截面圖，可見光刻膠的開孔處對應(yīng)的LED曝露于空氣中。此時采用ICP或RI刻蝕，LED表面未受光刻膠阻擋的開孔區(qū)域61受到刻蝕，并形成LED被刻蝕區(qū)域71，從而在LED中形成與光刻膠中相同的二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
所采用的激光器其波長應(yīng)對所用光刻膠敏感。
權(quán)利要求1.制備發(fā)光二極管光子晶體的裝置，其特征在于設(shè)有激光器；擴束濾波器，設(shè)于激光器的輸出光軸上，用于對激光器射出的光擴束與濾波；準(zhǔn)直透鏡，設(shè)于擴束濾波器的輸出光軸上，用于對經(jīng)擴束的激光準(zhǔn)直，形成一束平行光；衍射光學(xué)元件，衍射光學(xué)元件設(shè)有3個相同的透射光柵，其余區(qū)域為不透明，3個相同的透射光柵分別間隔120°，衍射光學(xué)元件設(shè)于準(zhǔn)直透鏡的平行光束上，并相對光軸成對稱排列；光刻膠層，涂于發(fā)光二極管芯片表面，設(shè)于衍射光學(xué)元件的3個透射光柵的3束一級衍射光相遇的干涉區(qū)域。
專利摘要制備發(fā)光二極管光子晶體的裝置，涉及一種發(fā)光二極管，尤其是涉及一種用全息技術(shù)在發(fā)光二極管中制備二維光子晶體的裝置。提供一種成本低、速度快，用全息的方法制備光子晶體掩膜層的裝置。設(shè)有激光器，擴束濾波器設(shè)于激光器輸出光軸上，準(zhǔn)直透鏡設(shè)于擴束濾波器輸出光軸上，衍射光學(xué)元件設(shè)有3個相同的透射光柵，衍射光學(xué)元件設(shè)于準(zhǔn)直透鏡的平行光束上，光刻膠層涂于發(fā)光二極管芯片表面，設(shè)于光柵的3束一級衍射光相遇的干涉區(qū)域。只需一次曝光和顯影，即可在整個芯片上形成光子晶體圖形，制作過程迅速。衍射光學(xué)元件上只有三個對稱排列的光柵，容易制作。光刻膠易購買，價格低，所用設(shè)備簡單、便宜，成本低，生產(chǎn)速度快，適合大批量制作LED光子晶體。
文檔編號G02F1/35GK2824296SQ20052010967
公開日2006年10月4日 申請日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者張向蘇, 劉守, 劉影 申請人:廈門大學(xué)