發光二極體是一種PN接面結構，當外加順向偏壓時電子及電洞會由N 及P型半導體結構流到PN接面處結合並放出光子(photon)，所發出的光波長 與半導體材料的能隙有關如式2-1所示。其中氮化鎵的能隙是 3.4 eV、氮化 鋁是 6.3 eV、氮化銦是 0.7 eV，做成混合晶體時，可以將能階由0.7 eV 連 續改變至6.3 eV，如圖2-1所示，因此，可以獲得從紅外光到紫外光的廣大 發光範圍[19]。
外部量子效率（External quantum efficiency）數值則可由式2-3表示［19］。
ηext ＝ ηinj × ηrad × ηopt （公式 2-3）
ηinj：電流注入效率（Injection efficiency）
ηrad：內部量子效率（Internal quantum efficiency or Radiative efficiency）
ηopt：光取出效率（Optical efficiency or Light-extraction efficiency）
ηinj 數值的提升主要是使電流能有良好的分佈及減少各材料間的接觸 狀結構，高反射鏡面，覆晶技術及幾何形變[20]。1993年時 I. Schnitzer等人 率先利用改變表面結構使外部量子效率由9%提高至30%。主要是藉由織狀
當光從高折射率的半導體材料（nGaN＝2.5）傳至空氣中（nair＝1）時，
（Current Spreading Layer）及導線大多為吸光材料而使得元件所發出的光 有一部份被其所吸收，而使得外部量子效應下降。覆晶技術以正面朝下的 方式將元件接合於子接板上，從藍寶石基板輸出的總光能可提高為傳統正 面發光二極體的1.6倍[23]，2001年美國 LumiLeds 公司也將波長435nm及 515nm的藍光及綠光發光二極體以覆晶的方式製作，元件完成後之示意圖則 如圖2-3所示，外部量子效應 EQE 也可提高達21%，同時元件也有不錯的 功率轉換效率達20%。由此可知，以覆晶技術來改善發光二極體之發光效 率，在高亮度發光二極體的研製技術上扮演了一個非常重要的角色。
金屬跟半導體接觸時有兩種情況：(1)為歐姆接觸(ohmic contact)，只要 稍加偏壓則電子就可以在金屬與半導體間傳導。(2)為蕭特基接觸(Schottky contact)，此時電子必須先克服位能障(蕭特基位障)，才能在金屬與半導體之
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間傳導。
當金屬與半導體緊密接觸時，必須滿足兩個條件：(1)在熱平衡狀態下，
金屬與半導體的費米能階達到一致。(2)金屬與半導體的真空能階(vacuum level)連續。圖2-4、2-5則為金屬與p型半導體接觸前後，形成蕭特基接觸及
X電子親和力(electron affinity) Eg為半導體的能隙
位障高度定義為一個電子從費米能階激發至真空能階所需的能量，電 子親和力定義為導帶底端與真空能階的位能差，若要消除此位障，對n型半 導體而言，須選用功函數較n型半導體電子親和力低的金屬，而對p型半導
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體而言，則須選用功函數較p型半導體功函數高的金屬，如此才能獲得較好 的歐姆接觸。
在良好的金屬/半導體接面中為了提高元件操作特性，降低歐姆接觸的 電阻值是一個基本要求，它不僅可以減少接面兩端的電壓降，並且可以避 免不必要的時間延遲，歐姆接觸可以讓電子或電洞在進入或離開半導體 時，只遇極小的阻力，所以選擇功函數適合的金屬是必要的。
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0.3 0.32 0.34 0.36
圖2-1 氮化物半導體能隙與晶格關係圖[19]
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(a)
(b)
(c)
圖2-2 利用表面織狀結構及高反射率材料增加出光效率
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圖2-3 2001 年美國 LumiLeds 公司覆晶式發光二極體結構示意圖
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圖2-4 (a) 金屬與p型半導體未接觸前 (qΦ
m
<qΦ
s
)
圖2-4(b) 金屬與p型半導體接觸達熱平衡後 (蕭特基接觸) [24]
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圖2-5(a) 金屬與p型半導體未接觸前 (qΦ
m
>qΦ
s
)
圖2-5(b) 金屬與p型半導體接觸達熱平衡後 (歐姆接觸) [24]
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