《用於提高LED出光效率光子晶體的新型製作方法》是依託蘇州大學，由方宗豹擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：用於提高LED出光效率光子晶體的新型製作方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：方宗豹
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
發光二極體(Light emitting diode , LED) 是一種新型的低功耗、長壽命固態光源，但因其結構特點不僅導致出光效率低，也使LED壽命縮短，因而限制了在背光照明、顯示、普通照明等領域的套用範圍。在LED各層製作光子晶體是一種提高LED出光效率的方案，但電子束、離子束、全息法、納米壓印法等技術手段雖可製作光子晶體，但效率低、成本昂貴、無法實現大尺寸製作等缺點，導致了光子晶體LED無法實現規模化生產。III-V族是高效LED的襯底外延材料，本項目提出了在GaN基LED各層（p-GaN, n-GaN, ITO）製作光子晶體的新方法- - 數控雷射干涉刻蝕方法，通過實驗研究和理論分析，探索GaN基LED各層製作深亞微米尺度光子晶體的工藝參數與提高LED發光效率的關係，建立快速、高效率光子晶體製作方法，期望為高效率LED提供一種有效的製造方法。
結題摘要
發光二極體(Light emitting diode , LED) 是一種新型固態光源，具有壽命長、可靠性高、體積小、功耗低、回響速度快、易於調製和集成等優點，已被廣泛套用於液晶顯示用背光模組、照明和室外全色顯示設備、通信等領域。與傳統光源相比其轉換效率仍然不具備競爭優勢，從而制約了其套用的推廣範圍和速度。光子晶體結構提高LED出光效率一直受到國內外研究人員的關注，並通過電子束、粒子束、全息法、納米壓印等技術手段，實現了光子晶體LED的製作。由於上述製作方法效率低、成本昂貴、無法實現大尺寸製作等缺點，導致了光子晶體LED 無法實現規模化生產。本項目從套用基礎研究角度，利用數控雷射干涉刻蝕方法在LED結構各表面製作光子晶體，採用紫外（351nm）高功率半導體抽運全固態雷射（Diode Pumped Solid State Laser, DPSSL）作為光源，利用數控干涉刻蝕系統（雙光束雙曝光、四光束干涉），直接在GaN 基LED 各層（ p-GaN, n-GaN, ITO）刻蝕出深亞微米尺度的光子晶體。在主要的研究成果有： (1)利用波動光學理論，建立了四光束干涉的物理模型，獲得干涉光場分布。 (2)建立了高斯型重複脈衝雷射輻照材料導致的二維熱效應模型，利用熱傳導方程和邊界條件，求解了納秒雷射輻射材料的溫度場模型，計算得到相應的熱破壞閾值。 (3)實驗樣機的設計、搭建及最佳化。 (4)耐高功率的分光稜鏡和光柵、高數值孔徑光學干涉頭等光路關鍵器件的設計加工，最高支持400nm周期，200nm線寬的結構製作。 (5)建立並完善數控雷射干涉刻蝕工藝流程，在2 英寸的GaN製作了200nm尺度的周期性光子晶體結構， (6)基於DMD干涉光刻技術，突破了大面積光子晶體加工的無縫拼接難題。(7)發表了4篇EI收錄論文，申請並授權3項國家發明專利。 本項目的實施，為光子晶體LED的加工提供了一種新的技術途徑，在加工方法和軟、硬體的設計以及高精密實驗樣機取得了關鍵性的突破，獲得了相關技術的智慧財產權，基本達到了本項目的設定目標。
