在發光二極體上製作光子晶體掩膜層的裝置的製作方法
2023-12-07 19:38:26
專利名稱：在發光二極體上製作光子晶體掩膜層的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製作光子晶體掩膜層的裝置，特別是一種利用雷射多光束幹涉技術在發光二極體上製作二維光子晶體覆層掩膜的優化設計的裝置。
背景技術：
近年來在固體照明技術領域，高亮度發光二極體(LED)顯示出了非常強的競爭力。與傳統的照明光源相比，LED具有能耗低、尺寸小、壽命長等眾多優點，產業化發展十分迅速。研究LED的關鍵問題是如何提高LED的發光效率，以降低能耗且提高使用壽命。在已有產業化的LED產品中，儘管LED的內部量子效率已接近100％，但是產生的大部分光子受限於全反射和橫嚮導波的現象，被高折射率材料吸收，無法有效傳遞出組件，而不能對照明做貢獻(抽取效率低)。因此，十分迫切地需要尋找一種有效途徑，通過提高抽取效率來提高LED的發光效率。
作為現代光子學領域最重要的成就之一，光子晶體(PhotonicCrystal)可以有效地控制光的行為。光子晶體是一種人工製作的周期性結構[J.D.Joannopoulos，Photonic crystalsMolding the flow oflight，Princeton，1995]，利用介質材料如二氧化矽、矽、氮化鎵等製作的二維周期性結構，也可以是在介質背景中二維周期性分布的金屬柱子陣列。所述的二維周期性是指，陣列中任何相鄰的三個柱子的中心的連線構成等腰直角三角形的正方晶格，或構成等邊三角形的三角晶格等。最短連線的長度稱為晶格常數。
在傳統的LED中，引入光子晶體履層結構，利用光子晶體的禁帶等特性將普通LED結構中被高折射率履層材料捕獲而不能對照明做貢獻的導波模的光能量儘可能地轉換為洩漏模釋放出來[S.Fan，P.P.Villeneuve and J.D.Joannopoluos，High extraction effeiciencyof spontaneous emission from slabs of photonic crystals，Phys.Rev.Lett.78 3294，1997]。發光二極體的製造商便有機會去操控光子的行為，可以極大提高半導體LED的發光效率，並改善光的輸出特性。
目前，通常用電子束刻蝕的方法在LED上製作二維周期性的光子晶體履層掩膜，然後用感應耦合等離子體刻蝕(ICP)和反應離子刻蝕(RIE)在半導體上刻蝕出光子晶體履層結構。這種掩膜的製作方法速度慢，成本高，無法滿足大規模產業化的要求。
發明內容
本實用新型的目的針對目前技術的不足，提供一種能滿足大規模模產業化的需求、快速、靈活、廉價、基於雷射多光束幹涉技術製備光子晶體履層掩膜製作的裝置。
本實用新型包括沿光軸依次設置的雷射器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，雷射經過分束器後分成三束，對應每束雷射，設置有一塊反射鏡，沿著通過分束器後的各束雷射的光軸，放置有偏振衰減控制器。
本實用新型在發光二極體表面製作二維光子晶體掩膜，只需要一次的曝光和顯影，即可在整個晶片上形成大面積，高質量的二維光子晶體掩膜層。採用一塊衍射光學器件實現分光，降低了光路結構的複雜度，提高了光路的穩定度。由反光鏡分別將三束雷射反射到晶片表面，使裝置具有相當高的靈活性，針對不同結構的晶格常數，只需要調整反光鏡的角度就可以滿足生產適合不同波長高發光效率LED的二維光子晶體履層結構的要求。本實用新型所用的裝置簡單、靈活度高、成本低，生產速度快，適合於大規模製作發光二極體表面的光子晶體掩膜。
圖1為本實用新型的整體結構示意圖；圖2為三束雷射入射到光刻膠表面的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，該裝置設有雷射器1，擴束濾波器2設於雷射器1的輸出光軸上，用於對雷射器1射出的光擴束與濾波；準直透鏡3設於擴束濾波器2的輸出光軸上，用於準直擴束後的雷射，形成平行光束；衍射分光器4將入射的平行光束分成三束；每一束雷射經過偏振衰減控制器5，在計算機數值模擬優化設計的基礎上，調整每一束雷射的強度與偏振態，然後由反光鏡6根據設計的要求，以一定的角度將雷射束反射到塗於發光二極體晶片8表面的光刻膠層7上，合理的控制曝光強度與曝光時間，在光刻膠層7上形成幹涉圖樣。顯影后，可以將幹涉圖樣記錄到光刻膠層7上，形成可以製作二維周期性光子晶體履層的掩膜層。如圖2所示，經過反射鏡反射後，三束雷射入射到光刻膠層表面。幹涉圖樣的晶格點陣是由反射後的三束雷射的極角θ和方位角φm決定。幹涉圖樣的對比度和各個單元的光斑圖樣由三束雷射的強度和偏振態共同決定。所用的雷射器1的波長對應於所採用的光刻膠的吸收波長。
權利要求1.在發光二極體上製作光子晶體掩膜層的裝置，包括沿光軸依次設置的雷射器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，其特徵在於對應經過分束器後的三束雷射位置分別設置有反射鏡，沿著通過分束器後的各束雷射的光軸，放置有偏振衰減控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種利用雷射多光束幹涉技術在發光二極體上製作二維光子晶體覆層掩膜的優化設計的裝置。本實用新型包括沿光軸依次設置的雷射器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，雷射經過分束器後分成三束，對應每束雷射，設置有一塊反射鏡，沿著通過分束器後的各束雷射的光軸，放置有偏振衰減控制器。本實用新型所用的裝置簡單、靈活度高、成本低，生產速度快，適合於大規模製作發光二極體表面的光子晶體掩膜。
文檔編號H01L21/027GK2884263SQ200620101708
公開日2007年3月28日 申請日期2006年3月15日 優先權日2006年3月15日
發明者佘俊, 敖獻煜, 何賽靈 申請人:浙江大學