【东亚】韩国科学家利用光子晶体结构让发光二极管更亮

韩国科学家利用激光全息技术(holography)的制作工艺，在氮化镓(GaN)为主要材料的发光二极管(LED)组件上，刻蚀出二维光子晶体(Photonic Crystal)，将输出功率提高了两倍以上。研究人员指出，相比之前使用电子束光刻法(Electron-beam lithography)的制作方式，这项研究工作的最大进步是全息技术(Holography)可提供大面积制造，因此适合大量生产。

传统的发光二极管受限于全反射(total internal reflection)及和横向导波(lateral waveguiding)的现象，发出的光无法有效传递出组件，而有一大部份是浪费掉的。藉由将光子晶体结构整合进入组件的构造中，发光二极管的制造商便有机会去操控光子的行为，并改善光的输出。

首尔大学的研究人员以波长350纳米的He-Cd离子激光器为光源，透过双光束全息术(two-beam holography)，在LED晶圆上制作出正方晶格的光子晶体图样，图形的周期分别为300、500及700纳米。研究团队发现，晶格周期为500纳米的样品表现最佳，能提取出的光为传统平面发光二极管的2.1倍。首尔大学的Heonsu Jeon指出，这项技术唯一的问题是操作电压的微幅提升，但他们有信心在未来解决。

目前计算机仿真专家正忙于为发光波长约400纳米的光子晶体发光二极管(PC-LED)，找出最佳化的结构。Jeon等人的下一步则是评估此组件商业化的可行性。

Jeon表示，在发光二极管组件中加上光子晶体结构，并不会让发光二极管的制造成本明显增加。未来，激光全息术的制作方式甚至可能被相位光罩(phase mask)所取代，以配合大量生产的条件。

(a) 光子晶体结构的SEM图(b) PC-LED结构示意图(来源: 韩国首尔大学)