【東亞】韓國科學家利用光子晶體結構讓發(fā)光二極管更亮

韓國科學家利用激光全息技術(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，這項研究工作的最大進步是全息技術(Holography)可提供大面積制造，因此適合大量生產。

傳統(tǒng)的發(fā)光二極管受限于全反射(total internal reflection)及和橫向導波(lateral waveguiding)的現象，發(fā)出的光無法有效傳遞出組件，而有一大部份是浪費掉的。藉由將光子晶體結構整合進入組件的構造中，發(fā)光二極管的制造商便有機會去操控光子的行為，并改善光的輸出。

首爾大學的研究人員以波長350納米的He-Cd離子激光器為光源，透過雙光束全息術(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。研究團隊發(fā)現，晶格周期為500納米的樣品表現最佳，能提取出的光為傳統(tǒng)平面發(fā)光二極管的2.1倍。首爾大學的Heonsu Jeon指出，這項技術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。

目前計算機仿真專家正忙于為發(fā)光波長約400納米的光子晶體發(fā)光二極管(PC-LED)，找出最佳化的結構。Jeon等人的下一步則是評估此組件商業(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構，并不會讓發(fā)光二極管的制造成本明顯增加。未來，激光全息術的制作方式甚至可能被相位光罩(phase mask)所取代，以配合大量生產的條件。

(a) 光子晶體結構的SEM圖(b) PC-LED結構示意圖(來源: 韓國首爾大學)