[发明专利]具有纳米微透镜阵列的白光光子晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学晶体技术，更具体地，涉及一种具有纳米微透镜阵列的白光光子晶体及其制备方法。

背景技术

光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。光子晶体的结构正如半导体材料在晶格结点周期性的出现离子一样，光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率(如人工造成的空气空穴)的材料。高低折射率的材料交替排列形成周期性结构，就可以产生光子晶体带隙。而周期排列的低折射率位点的之间的距离大小相同，导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应。

如果只在一个方向上存在周期性结构，那么光子带隙只能出现在这个方向。如果在三个方向上都存在周期结构，那么可以出现全方位的光子带隙，特定频率的光进入光子晶体后将在各个方向都禁止传播。因为光被禁止出现在光子晶体带隙中，所以可以预见到能够自由控制光的行为。例如，如果考虑引入一种光辐射层，该层产生的光和光子晶体中的光子带隙频率相同，那么由于光的频率和带隙一致则禁止光出现在该带隙中这个原则就可以避免光辐射的产生。这就使可以控制以前不可避免的自发辐射。而如果通过引入缺陷破坏光子晶体的周期结构特性，那么在光子带隙中将形成相应的缺陷能级。将仅仅有特定频率的光可在这个缺陷能级中出现，这就可以用来制造单模发光二极管和零域值激光发射器。而如果产生了缺陷条纹，即沿着一定的路线引入缺陷，那么就可以形成一条光的通路，类似于电流在导线中传播一样，只有沿着″光子导线″(即缺陷条纹)传播的光子得以顺利传播，其它任何试图脱离导线的光子都将被完全禁止。

光子晶体的制备通常包括自顶向下方法，例如常规半导体工艺中的光刻法和离子束刻蚀法，或者有规律地布置具有均匀尺寸的纳米粒子的自底向上方法。常规半导体工艺中的光刻法和离子束刻蚀法虽然可以制备复杂规则结构，但是具有非常高的制备费用和需要很长的制备周期；通过纳米例子的自组装制备光子晶体的方法虽然无需额外费用和设备，但是不能在短时间内制备大尺寸的光子晶体，而且良率较低。

另外，通过重力的沉积法利用将长时间分散高分子二氧化硅胶体的溶液静置时粒子通过重力沉积到底部，然后自组装。但是这种方法具有处理时间长并且光子晶体缺陷率高的缺陷。

发明内容

为克服现有缺陷，本发明提出一种具有纳米微透镜阵列的白光光子晶体及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种具有纳米微透镜数组的白光光子晶体，包括：具有图样的石英材料的光刻掩膜板，其上布置铬金属层；光刻掩膜板上涂布负型光刻胶，负型光刻胶上布置镍铁合金电镀液，形成具有纳米级微透镜的金属屏蔽层；金属屏蔽层的图样中布置经烘烤后形成红、绿、蓝三色纳米微透镜的红绿蓝三色透明荧光胶，红绿蓝三色透明荧光胶印刷至金属屏蔽层的多重量子井上。

根据本发明的另一方面，提出了一种具有纳米微透镜数组的白光光子晶体的制备方法，包括：步骤1，使用电子束直写方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布负型光刻胶并置于深紫外光曝光系统中进行深紫外光曝光制程，之后进行显影制程，通过反应性离子蚀刻对光刻掩膜板进行蚀刻，以镍铁合金电镀液进行电铸，然后进行剥膜和翻模，制作纳米级微透镜的金属屏蔽层；步骤2，将红、绿、蓝三色耐高温透明荧光胶，分别倒入排列图样不同的金属屏蔽层上，并使用高精度的自动印刷机印刷到多重量子井的不同区域上；步骤3，进行烘烤，然后以脉冲式激光进行快速退火，制成制作二维光子晶体。

本发明的主要目是将纳米级微透镜数组应用到光子晶体中，通过纳米微透镜数组的设计，可以实现光子晶体的效应，并可以调整发光角度，且直接生成白光，进而降低纳米压印及后续封装的成本，可应用于晶圆级封装(WLP：Wafer Level Packaging)中。

附图说明

图1为具有纳米微透镜阵列的白光光子晶体的部分制备流程示意图；

图2为多重量子阱(Multi-Quantum Well，MQW)红、绿、蓝三色纳米微透镜印刷区域的概念图(二维光子晶体)；

图3为低温氧化铟锡镀层上红、绿、蓝三色纳米微透镜印刷区域的概念图(三维光子晶体)；

图4为白光光子晶体的结构透视图。

如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。