專利名稱：在發(fā)光二極管上制作光子晶體掩膜層的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種制作光子晶體掩膜層的裝置，特別是一種利用激光多光束干涉技術在發(fā)光二極管上制作二維光子晶體覆層掩膜的優(yōu)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(fā)光二極管(LED)顯示出了非常強的競爭力。與傳統(tǒng)的照明光源相比，LED具有能耗低、尺寸小、壽命長等眾多優(yōu)點，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展十分迅速。研究LED的關鍵問題是如何提高LED的發(fā)光效率，以降低能耗且提高使用壽命。在已有產(chǎn)業(yè)化的LED產(chǎn)品中，盡管LED的內(nèi)部量子效率已接近100％，但是產(chǎn)生的大部分光子受限于全反射和橫向?qū)Рǖ默F(xiàn)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(fā)光效率。
作為現(xiàn)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制作的周期性結(jié)構[J.D.Joannopoulos，Photonic crystalsMolding the flow oflight，Princeton，1995]，利用介質(zhì)材料如二氧化硅、硅、氮化鎵等制作的二維周期性結(jié)構，也可以是在介質(zhì)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(shù)。
在傳統(tǒng)的LED中，引入光子晶體履層結(jié)構，利用光子晶體的禁帶等特性將普通LED結(jié)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盡可能地轉(zhuǎn)換為泄漏模釋放出來[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(fā)光二極管的制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(fā)光效率，并改善光的輸出特性。
目前，通常用電子束刻蝕的方法在LED上制作二維周期性的光子晶體履層掩膜，然后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(jié)構。這種掩膜的制作方法速度慢，成本高，無法滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的要求。

發(fā)明內(nèi)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(guī)模模產(chǎn)業(yè)化的需求、快速、靈活、廉價、基于激光多光束干涉技術制備光子晶體履層掩膜制作的裝置。
本實用新型包括沿光軸依次設置的激光器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，激光經(jīng)過分束器后分成三束，對應每束激光，設置有一塊反射鏡，沿著通過分束器后的各束激光的光軸，放置有偏振衰減控制器。
本實用新型在發(fā)光二極管表面制作二維光子晶體掩膜，只需要一次的曝光和顯影，即可在整個芯片上形成大面積，高質(zhì)量的二維光子晶體掩膜層。采用一塊衍射光學器件實現(xiàn)分光，降低了光路結(jié)構的復雜度，提高了光路的穩(wěn)定度。由反光鏡分別將三束激光反射到芯片表面，使裝置具有相當高的靈活性，針對不同結(jié)構的晶格常數(shù)，只需要調(diào)整反光鏡的角度就可以滿足生產(chǎn)適合不同波長高發(fā)光效率LED的二維光子晶體履層結(jié)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(chǎn)速度快，適合于大規(guī)模制作發(fā)光二極管表面的光子晶體掩膜。


圖1為本實用新型的整體結(jié)構示意圖；圖2為三束激光入射到光刻膠表面的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，該裝置設有激光器1，擴束濾波器2設于激光器1的輸出光軸上，用于對激光器1射出的光擴束與濾波；準直透鏡3設于擴束濾波器2的輸出光軸上，用于準直擴束后的激光，形成平行光束；衍射分光器4將入射的平行光束分成三束；每一束激光經(jīng)過偏振衰減控制器5，在計算機數(shù)值模擬優(yōu)化設計的基礎上，調(diào)整每一束激光的強度與偏振態(tài)，然后由反光鏡6根據(jù)設計的要求，以一定的角度將激光束反射到涂于發(fā)光二極管芯片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上形成干涉圖樣。顯影后，可以將干涉圖樣記錄到光刻膠層7上，形成可以制作二維周期性光子晶體履層的掩膜層。如圖2所示，經(jīng)過反射鏡反射后，三束激光入射到光刻膠層表面。干涉圖樣的晶格點陣是由反射后的三束激光的極角θ和方位角φm決定。干涉圖樣的對比度和各個單元的光斑圖樣由三束激光的強度和偏振態(tài)共同決定。所用的激光器1的波長對應于所采用的光刻膠的吸收波長。
權利要求1.在發(fā)光二極管上制作光子晶體掩膜層的裝置，包括沿光軸依次設置的激光器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，其特征在于對應經(jīng)過分束器后的三束激光位置分別設置有反射鏡，沿著通過分束器后的各束激光的光軸，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激光多光束干涉技術在發(fā)光二極管上制作二維光子晶體覆層掩膜的優(yōu)化設計的裝置。本實用新型包括沿光軸依次設置的激光器、擴束濾波器、準直透鏡和分束器，激光經(jīng)過分束器后分成三束，對應每束激光，設置有一塊反射鏡，沿著通過分束器后的各束激光的光軸，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(chǎn)速度快，適合于大規(guī)模制作發(fā)光二極管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(yōu)先權日2006年3月15日
發(fā)明者佘俊, 敖獻煜, 何賽靈 申請人:浙江大學