蓝光LED光子晶体技术原理及制程详解(2)

3、利用光子晶体制作出LED
 
除此之外，光子晶体还有其它的特性。利用它的特性，可以制作出光子晶体LED。大致上可以分为2 种，一种是LED，一种是雷射二极管(Laser Diode)。LD 雷射二极管部分我们可以分为光子晶体 DFB 雷射二极管(Photonic crystal DFB LD)与Photonic crystal defect LD。光子晶体DFB 雷射二极管是大家比较了解的结构，其雷射值可以控制在非常低的区域来做发射，这样子的结构，是必须存在光能隙的区域，也因为是如此，所以这样结构要实现商品化是比较困难。

相对的利用光子晶体的结构制作成LED 是比较简单。有关光子晶体常常被混淆的部分是，以为是利用DFB 雷射，所以就会有人认为是不是利用特定的周期或波长来运用?其实答案是不对的。理由是DFB 雷射跟光子晶体LD，它的入射(Incident)和衍射(Diffracted)的光是受限制的。但是相对光子晶体的入射光角度和衍射光角度是不受限制的。所以并不是利用特定的周期或波长来加强效率，这个特性对于LED来说是非常重要的。

4、光子晶体蓝色LED

利用蓝色LED 来制作的白光LED，蓝色LED 会发出蓝色的光，但是各个蓝色的光会根据YAG 萤光粉部分会转换成黄光，利用蓝色和黄色的光，可以让LED 产生出白光，白光LED 被应用在白光照明灯跟液晶背光的光源，这种白光LED 被称为固体白色照明。这种光有3 个特色：体积小，省能源，寿命长，但是有一个很大的问题需要克服：比起萤光灯，这样的白光LED 发光效率比较差，为了解决这个问题，便可以利用光子晶体来解决这样的问题。

为了克服，蓝光LED 发光效率比较低的问题，可以将光子晶体放在蓝光LED 里，利用光子晶体来提高发光效率，这样生产出的蓝光光子晶体LED 的特色是周期长，要让发光效率提升，有几个很重要的技术。传统的LED 制作非常简单，但是存在的问题点就是发光效率比较差，因为是传统的蓝光LED表面的全反射，从活性层出来的光线，会被表面全反射掉。这样的光就没有办法发射到LED外面。

针对这个问题，CREE 在制作过程中做了一些改善的动作，在Deformed Chip 中可看到活性层旁边是一个斜面，利用这样斜面的结构，可以让发光效率提高，同样是针对提高效率的问题，我们设计出了二次元的集积表面，利用这样子的结构，可以让表面的发光效率提高，所以我们是利用半导体的Planar 技术，这是一个很精密的技术，用来控制这个构造。

Penetration 是利用二次元的活性层让光穿过，这样的结构可以使发光效率高达80%，但是也有一个问题需要克服，那就是内部量子效率会降低。由于为了要让光透过活性层，就会因为达到透过活性层这个目的而降低内部量子效率。Resonant Cavity 是在光子晶体LED 上面加载共振器，这个设计称为共振器LED，在LED的周边，我们配置上光子晶体，利用这个设计，可以把他LED 效率提高60%，而前面提到我们利用Planar 技术所开发出来的Surface Grating 的设计方式虽然不错，但是在电流的注入上会有一些问题。

与Surface Grating 相较下，虽然Resonant Cavity 在电流的注入上会比较容易，不过，ResonantCavity 本身也会有问题存在，那就是共振器LED 在制作上比较困难，制作困难就代表说成本就会提高，对于LED 大家都希望可以以低成本量产，这就造成了发展瓶颈，Penetration与Resonant Cavity 这2 个设计，只是在LED 上面加上一个二次元的设计，这样的设计是可以用上原本既有的LED 上。

5、光子晶体蓝色LED 运作原理

现有的LED 结构，可以看到他的全反射，临界度是比较小的，主要是因为表面将光全部反射，相对的，光子晶体蓝色LED 所设计出来的LED，由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光可以比临界角还小，并可进入临界角投射到外面，改善过去LED 的光会全部反射的问题。从LED 的活性层发射出来的光，我们可以360 度放射出去，但以往的LED 只能受限于临界角，只能在临界角范围内发光，在临界角内的光才能发射出去，我们知道临界角范围内的面积只占整个范围的4%，所以相对光子晶体的光就比较广，能有更多的面积将光反射出去，就是利用这个原理将发光效率提高。(责任编辑：admin)