[发明专利]绝热的平面波导耦合器转换器

说明书

相关申请

本申请要求于2012年11月12递交的美国临时申请No.61/725,400和于2013年11月12递交的美国临时申请No.14/078,168的优先权，所述美国临时申请的全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

本发明的实施例涉及光的有效耦合，尤其涉及绝热的平面波导耦合器及其应用。

背景技术

代替通过诸如透镜和光栅的分离装置，由诸如有机发光二极管(OLEDs)、发光二极管(LEDs)和发光二极管的高折射率和高数值孔径装置发射或接收的光的有效的耦合还不可用。由于缺乏用于所述分离装置的具有在大约1.44至1.7的范围之上的折射率n的透明的、高折射率的光学材料，所述耦合也被妨碍。通常，通过融化或烧结来制备透明的氧化物和电介质，例如用火焰水解的前体。高度掺杂玻璃也被用来形成透明的光学薄膜。由适当的透明材料构成的玻璃薄膜限于诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的掺杂玻璃，它可以作被沉积为薄膜并且然后加热至光学透明。一般地，高熔点氧化物具有更高的折射率并且要求高熔点温度。然而，这种材料在冷却时会再结晶，并且因此，由于增加的散射而不能用于低损失的光学应用。此外，在具有第一折射率的装置与具有不同的折射率的第二装置之间的界面处的光的反射也显著地限制光的有效的耦合、传输、传递和转换。在具有较大差异的光学集光率或光学尺寸和立体角的特性的相邻光学元件之间的耦合需要诸如透镜、光栅或所谓的“光子晶体”的分离的光学元件，以转变发散性或光学尺寸，或两者，用于耦合至具有不同的光学特性的第二装置。迄今为止，不存在一种光学耦合器，能够在一个连续的装置中耦合和传输。因此，不能够将高折射率膜层集成在一起以形成具有较大折射率反差的波导结构。

科学建模证实，测量的诸如单模激光二极管的分离的基于透镜的耦合装置耦合至光纤的效率在优化后低于约20-30％。因此，光纤耦合源低于大约15％的效率。类似地，由于二极管装置(其通常为横向波导装置，其中光一般通过p侧窗口以及通过透明导体层出耦合)的高数值孔径，所以LED至空气的出耦合低于大约30-40％的生产效率。类似地，聚光镜的集光被限制为低于大约40％，甚至是对于高f数值(长距离焦点)的反射镜，并且其通常比为更紧凑以及更有成本效率的具有低f数值的反射镜的聚光镜低得多。已经在最近内部地展示为具有100％效率的OLEDs的出耦合可能导致低于实际被提取的光的20％至25％。

因此，需要更好地制造涉及更有效地将光耦合进入以及耦合出分离装置、波导和光纤的材料。

发明内容

根据本发明的一些实施例包括沉积材料以提供光从第一装置至第二装置的有效耦合的方法，所述方法包括如下步骤：将一个或多个晶片安装在旋转台上；在一个或多个源靶下方连续旋转所述旋转台；供给处理气体；给所述一个或多个源靶供电；用射频偏压给所述一个或多个晶片提供偏压；并且在所述一个或多个晶片上沉积光学介电薄膜。在一些实施例中，荫罩板在沉积期间可以在一个或多个晶片上横向地平移。在一些实施例中，沉积的薄膜可以具有横向和/或水平的变化的折射率和/或横向的变化的厚度。

下面参照下面的附图进一步描述所述以及其它实施例。

附图说明

图1A图示了典型的LED的光学发射立体角。

图1B示出了在基板上沉积材料以形成横向锥形。

图1C示出了在荫罩板下面形成的波导模尺码转换器的锥形芯的横截面。

图1D示出了具有渐变的锥形的锥形区域。

图2A和2B示出了形成模尺寸转化器的有源锥形薄膜的示意图。

图2C至2F图示了模尺寸转化器。

图3图示了具有LED芯片的平面波导耦合器设计/方案。

图4A至4F示出了用于给晶片提供荫罩板的荫罩板和夹具。

图5A、5B和5C图示了根据本发明的一些实施例的可以被用来沉积材料的沉积系统。

图5D示出了如图5A-5C所示地运行的Tango系统的AXcelaPVD溅射系统。

图5E示出了用于图5D中示出的系统的处理腔。

图5F示出了在图5D中示出的处理腔中的位于旋转台上和溅射靶位置下方的两个连续的基板位置。

图5G示出了可以用于图5D中示出的系统中的具有金属靶(被移除且面向上)的三角形的“德尔塔(Delta)”溅射源。

图5H示出了如图5D中示出的处理腔中的旋转台。

图5I图示了根据本发明的一些实施例的沉积材料的示例性的过程。