表面粗化於垂直式氮化镓发光二极体效能之研究-建国科技大学.PDFVIP

第九屆智慧生活科技研討會(ILT2014) ISBN/978-957-21-9400-3 2014年6月6日台中 台灣 The9thIntelligentLivingTechnologyConference 表面粗化於垂直式氮化鎵發光二極體效能之研究 黃勝 斌 李佳玲* 建國科技大學電機工程學系 sbhwa@.tw, teai1221@ 摘要 (u-GaN) 、3 µm由矽摻雜濃度為 1×1019 (cm-3)之n 型氮化鎵 (n-GaN) 、15 對由氮化銦鎵氮化鎵/ 垂直式發光二極體以晶圓鍵結(Wafer (InGaN/GaN)所組成多重量子井、 50 nm鎂摻雜p bonding) ，以及雷射剝離(Laser lift-off)製程，將 型氮化鋁鎵(p-AlGaN)電子阻障層、最後為 150nm 元件轉置於導熱與導電性良好之矽基板，因此垂 鎂摻雜之p型氮化鎵磊晶層。 直式發光二極體為高亮度，高耐熱之長效性發光 二極體。垂直式發光二極體的n型電極配置型態 2.1氮化鎵表面粗糙化 (GaN Surface 為平台式電極結構，經由平台式電極的粗化可降 Roughness)架構與製程步驟 低全反射，提升光輸出功率 (Light output power) 、外部量子效率(External Quantum 由於要避免 n 型電極(n-Pad)下方被化學蝕 Efficiency) 。隨著粗化蝕刻時間的增加，LED的 刻粗糙化，所以使用硬式遮罩(hard mask)之方 外部量子效率也會逐漸增加，當蝕刻時間為 法，在n型電極的位置的上方直接覆蓋 n型電極 16min時，外部量子效率可達 44.39%，較未粗化 (n-Pad)當作硬式遮罩 (hard mask) 。接著以浸泡於 之元件提升 83%。此時元件之順向偏壓約為 溶液溫度 :60℃、氫氧化鉀濃度:2 M 與異丙純 3.06V@350mA，逆偏電流（Leakage Current ）約為 (IPA)1:1的混合溶液中，並以轉速 :1000rpm磁石 5×10-6A@20V。 攪拌器將溶液均勻混合。氫氧化鉀(KOH)粗化蝕 關鍵詞 ：氮化鎵，垂直式發光二極體，表面粗化。 刻氮化鎵的表面，形成六角錐結構的粗化表面。 氮化鎵表面粗糙化實驗架構圖，如圖 1 。 1.前言 由於發光二極體 [1]磊晶技術日漸成熟，其內部 量子效率可達 80%[2] 。儘管如此，但內部量子效 率提升至如此高的情況下，外部量子效率仍與內 部量子效率有著一段相當大的差距。主要原因在 於光萃取效率仍有相當大的進步空間。光萃取效 率由三個變因影響: 一、材料本身吸收；二、光 經過兩介質間菲涅爾損失(Fresnel loss);三、由於 ， 氮化鎵與空氣的折射係數差異過大，由 Snell s law計算可知全反射臨界角為 23 °。若能解決改 善上述三點影響，則光萃取效率能大幅提升。 本實驗以粗糙表面結構來取代傳統平坦表面 結構來改善LED的光萃取效率 [3] ，，以氫氧化鉀 圖 1.氮化鎵表面粗糙化實驗架構圖 (KOH)溶液對 N-face n-GaN 進行