為了改進光提取和光束形狀，通過在LED中采用光子晶體，LED可以從市場狹小的背光應用突破到大規(guī)模的高亮度LED應用。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。Lumileds開發(fā)了薄層（700nm）光子晶體LED，其提取率達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志。Luxaltek收購Mesophotonics的知識產(chǎn)權，并于2008年向瑞典的Obducat訂購了價值一千三百萬美元的壓印設備。
在LED領域，十年前就開始了關于改進LED的光提取和束斑形狀放的光子晶體的研究。LED中的半導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，將波導中激發(fā)的光束縛在其中。為了從LED波導中提取光，研究人員進行了很多努力，其中包括將表面粗糙化以及增加反射層。
典型的波導光子晶體可以捕獲從波導中射出的光，采用光子晶體的典型應用是作為波導的輸出偶極。其想法是如果波導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，所有的光都只能通過垂直于波導屏幕的方向射出。用光子晶體的“語言”來講，就是在波導中存在一個“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與到達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。來自麻省理工學院（MIT）、Cree、LuminusDevices、Lumileds、Mesophotonics、Nanonex和其他大學的研究小組已經(jīng)發(fā)布了關于如何在實際LED器件中采用光子晶體的論文。更薄LED的趨勢使得LED中的光子晶體可以作為經(jīng)典光子晶體的一個近似，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市場上的中流砥柱，如果在通用高亮度LED市場的上高端產(chǎn)品中采用光子晶體，則它們無疑將會是最大的贏家。
其他受惠者還包括在LED上實現(xiàn)壓印光子晶體技術的整個供應鏈，其中包括光刻和刻蝕等技術。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，比如碳化硅或藍寶石與外延生長的半導體材料，如氮化鎵，其生長溫度高于900°C。這兩層材料實際上像雙層金屬片一樣，會形成類似薯片的翹曲結(jié)構。熱應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，如果襯底和半導體材料的晶格不能完全匹配，就會產(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。
大部分對光子晶體的研究都是通過電子束光刻和早期手動壓印系統(tǒng)完成的。很多小組的研究，特別在手動壓印工具上，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。Obducat已經(jīng)接到了來自Luxaltek的第一批對自動生產(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備訂單。
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