【東亞】韓國(guó)科學(xué)家利用光子晶體結(jié)構(gòu)讓發(fā)光二極管更亮

韓國(guó)科學(xué)家利用激光全息技術(shù)(holography)的制作工藝，在氮化鎵(GaN)為主要材料的發(fā)光二極管(LED)組件上，刻蝕出二維光子晶體(Photonic Crystal)，將輸出功率提高了兩倍以上。研究人員指出，相比之前使用電子束光刻法(Electron-beam lithography)的制作方式，這項(xiàng)研究工作的最大進(jìn)步是全息技術(shù)(Holography)可提供大面積制造，因此適合大量生產(chǎn)。

傳統(tǒng)的發(fā)光二極管受限于全反射(total internal reflection)及和橫向?qū)Р?lateral waveguiding)的現(xiàn)象，發(fā)出的光無法有效傳遞出組件，而有一大部份是浪費(fèi)掉的。藉由將光子晶體結(jié)構(gòu)整合進(jìn)入組件的構(gòu)造中，發(fā)光二極管的制造商便有機(jī)會(huì)去操控光子的行為，并改善光的輸出。

首爾大學(xué)的研究人員以波長(zhǎng)350納米的He-Cd離子激光器為光源，透過雙光束全息術(shù)(two-beam holography)，在LED晶圓上制作出正方晶格的光子晶體圖樣，圖形的周期分別為300、500及700納米。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，晶格周期為500納米的樣品表現(xiàn)最佳，能提取出的光為傳統(tǒng)平面發(fā)光二極管的2.1倍。首爾大學(xué)的Heonsu Jeon指出，這項(xiàng)技術(shù)唯一的問題是操作電壓的微幅提升，但他們有信心在未來解決。

目前計(jì)算機(jī)仿真專家正忙于為發(fā)光波長(zhǎng)約400納米的光子晶體發(fā)光二極管(PC-LED)，找出最佳化的結(jié)構(gòu)。Jeon等人的下一步則是評(píng)估此組件商業(yè)化的可行性。

Jeon表示，在發(fā)光二極管組件中加上光子晶體結(jié)構(gòu)，并不會(huì)讓發(fā)光二極管的制造成本明顯增加。未來，激光全息術(shù)的制作方式甚至可能被相位光罩(phase mask)所取代，以配合大量生產(chǎn)的條件。

(a) 光子晶體結(jié)構(gòu)的SEM圖(b) PC-LED結(jié)構(gòu)示意圖(來源: 韓國(guó)首爾大學(xué))