看好光子晶體LED 各廠商積極搶灘

為了改進(jìn)光提取和光束形狀，通過在LED中采用光子晶體，LED可以從市場(chǎng)狹小的背光應(yīng)用突破到大規(guī)模的高亮度LED應(yīng)用。有鑒于此，眾多LED制造商正在積極開發(fā)光子晶體LED。

Unilite表示，將在高亮度照明產(chǎn)品中采用其子公司Luxaltek開發(fā)的光子晶體技術(shù)。Lumileds開發(fā)了薄層（700nm）光子晶體LED，其提取率達(dá)73%。Luminus Devices較早的采用了光子晶體，并在二月與Nichia ChemicalIndustries簽署了交叉授權(quán)協(xié)議。Cree Research在2008年底獲得了107lm/W的光子晶體LED，成為該組件新的性能標(biāo)志。Luxaltek收購Mesophotonics的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并于2008年向瑞典的Obducat訂購了價(jià)值一千三百萬美元的壓印設(shè)備。

在LED領(lǐng)域，十年前就開始了關(guān)于改進(jìn)LED的光提取和束斑形狀放的光子晶體的研究。LED中的半導(dǎo)體是一塊具有高折射系數(shù)的平板材料，可以作為非常高效的波導(dǎo)，將波導(dǎo)中激發(fā)的光束縛在其中。為了從LED波導(dǎo)中提取光，研究人員進(jìn)行了很多努力，其中包括將表面粗糙化以及增加反射層。

典型的波導(dǎo)光子晶體可以捕獲從波導(dǎo)中射出的光，采用光子晶體的典型應(yīng)用是作為波導(dǎo)的輸出偶極。其想法是如果波導(dǎo)具有尺寸合適的亞波長通孔陣列，那么沒有光可以通過該波導(dǎo)，所有的光都只能通過垂直于波導(dǎo)屏幕的方向射出。用光子晶體的“語言”來講，就是在波導(dǎo)中存在一個(gè)“光帶隙”.

不幸的是，在LED中，產(chǎn)生光子的量子阱無法帶有通孔，并且這樣的通孔也會(huì)與到達(dá)量子阱的電子的通道產(chǎn)生干涉，最終產(chǎn)業(yè)公司還是無法利用“典型”的光子晶體。來自麻省理工學(xué)院（MIT）、Cree、LuminusDevices、Lumileds、Mesophotonics、Nanonex和其他大學(xué)的研究小組已經(jīng)發(fā)布了關(guān)于如何在實(shí)際LED器件中采用光子晶體的論文。更薄LED的趨勢(shì)使得LED中的光子晶體可以作為經(jīng)典光子晶體的一個(gè)近似，并且更具吸引力。

光子晶體LED照亮了誰？

由于光子晶體LED的專利掌握在幾家主要公司手中，第一個(gè)受益者很可能是卷入這些法律紛爭的律師們。其次，專利持有人和代理人將得到好處。Nichia、Unilite、Cree和Lumileds是LED市場(chǎng)上的中流砥柱，如果在通用高亮度LED市場(chǎng)的上高端產(chǎn)品中采用光子晶體，則它們無疑將會(huì)是最大的贏家。

其他受惠者還包括在LED上實(shí)現(xiàn)壓印光子晶體技術(shù)的整個(gè)供應(yīng)鏈，其中包括光刻和刻蝕等技術(shù)。光刻的要求并不苛刻--一般是λ/4或200nm，而主要的挑戰(zhàn)源于晶圓不平整，數(shù)微米尺寸的表面突起、以及晶圓表面的不清潔。幾十微米的翹曲是襯底材料熱膨脹系數(shù)不一致的結(jié)果，比如碳化硅或藍(lán)寶石與外延生長的半導(dǎo)體材料，如氮化鎵，其生長溫度高于900°C。這兩層材料實(shí)際上像雙層金屬片一樣，會(huì)形成類似薯片的翹曲結(jié)構(gòu)。熱應(yīng)力也阻礙了使用更大尺寸的晶圓。表面突起是外延生長的副產(chǎn)品，如果襯底和半導(dǎo)體材料的晶格不能完全匹配，就會(huì)產(chǎn)生突起。最后，LED還需要50μm的接觸焊盤，而焊盤的制作通常是在潔凈度較差的fab中完成的。

大部分對(duì)光子晶體的研究都是通過電子束光刻和早期手動(dòng)壓印系統(tǒng)完成的。很多小組的研究，特別在手動(dòng)壓印工具上，已經(jīng)采用了TransferDevices Inc.（TDI，加州SantaClara）生產(chǎn)的可溶性掩膜，該公司也還開發(fā)了分子轉(zhuǎn)移光刻技術(shù)。Obducat已經(jīng)接到了來自Luxaltek的第一批對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)的訂單，這也是來自LED制造商最大的一筆多套壓印設(shè)備訂單。