PSS-LED 之效能

圖 3-21 為 sapphire 基板上經過一次與二次蝕刻後利用 confocal microscopy 所拍攝的表面形貌。A 組試片由於只經過一次蝕刻，所以每個試片都會形成一個 刻的PSS 基板有較少的差排密度的原因。另一方面，EPD（etching pits density）

所計算出來的結果也有相同的趨勢。表1 為將全部的 LED 元件進行酸蝕後所統 計出來的EPD 結果。其結果顯示：

1. 若比較同一組 PSS 基板，則圖形尺寸越小的 PSS-LED，其 EPD 也越少 2. 若比較同樣圖形尺寸的 PSS 基板（例如：A2 與 B2、A3 與 B3），B 組

由二次蝕刻所製成的PSS-LED，其 EPD 都比 A 組 PSS-LED 少了約十

表 三-1 為 A、B 兩組 PSS-LED 在各尺寸圖形下的 EPD 平均統計值。

A series PSS-LED B series PSS-LED conditi

圖 3-22 (a) A-PSS LED 與(b) D-PSS LED 的結構橫截面之 TEM 影像。

圖3-23 為 LED 元件在 20 mA 的條件下所量測的操作起始電壓（Vf）與軸向 發光亮度（luminescence intensity）。圖的X 軸為圖形的尺寸大小，左邊 Y 軸為發 光亮度，右邊Y 軸為 LED 的起始電壓；方形符號代表 B 組元件，而星形符號則 是A 組元件。兩組試片的 PSS-LED 和 Cv-LED 的平均起使電壓都在 3.3±0.02 V 左右，此結果意味著，不管是一次或二次濕式蝕刻所製作的 PSS 基板並不會讓 元件的電性造成不良的影響。A、B 兩組試片在 Cv-LED 的亮度相差不大，分別

為 75.8 和 78.6。根據電性和亮度的結果，我們可以推知 GaN LED 在這兩個

sapphire 基板上的磊晶品質相當接近。但是 PSS-LED 發光亮度的差異性卻發現有 相當明顯的差異：

出功率同樣也有些區別：

1. 若比較同一蝕刻條件下不同尺寸所造成的差異，則可發現：

z A2、A3、A4、A6 的輸出功率分別為 12.6, 12.4,11.9 和 11.3 mW，

對比於Cv-LED 其功率大約只提昇了 13%, 10%, 6% 和 0%。

z B2、B3、B4、B6 的輸出功率分別為 13.5, 13.6, 12.9 和 11.7 mW，

對比於Cv-LED 其功率分則提昇了 20%, 21%, 15% 和 5%。

2. 若是單純比較一次和二次蝕刻的同尺寸圖形，則可以發現：

z B2 的輸出功率比 A2 提昇了 7.1%。

z B3 的輸出功率比 A3 提昇了 9.6%。

z B4 的輸出功率比 A4 提昇了 8.4%。

z B6 的輸出功率比 A6 提昇了 3.5%。

其結果顯示，雖然PSS 基板都稍微可以提昇 LED 整體的輸出功率，但是利用二 次蝕刻所製備的PSS 基板則有較為顯著的提昇（一次蝕刻的圖形若大於 6μm 以 上就沒有任何提昇的效果）。

圖 3-23 各個 PSS-LED 在 20 mA 下的起始電壓與發光亮度。

圖 3-24 各個 PSS-LED 在 20 mA 下的光輸出功率與側向成長面積。

再者，藉由電腦繪圖軟體來計算各尺寸PSS 基板上的 c-plane sapphire 面積 佔整個區域的百分比，就可得知當GaN 在 PSS 基板上面磊晶時的側向成長面積 比。從圖3-24 中可以觀察到，A、B 兩組 PSS-LED 的輸出功率幾乎是隨著側向 成長面積比的起伏而變化。這是因為一次蝕刻的PSS 基板存在著上下兩個 c-plane sapphire，而 GaN 的磊晶時通常會在 c-plane sapphire 上孕核成長。所以，當 GaN 開始磊晶的時候會從這兩個c-sapphire 位置開始磊晶。而二次蝕刻則可以減少上 平頂的c-plane sapphire 面積（B2、B3 則完全沒有上平頂的 c-sapphire），迫使大 部分的GaN 只能從下面的 c-plane 開始磊晶，進而增加了側向成長的面積。圖 3-25 為綜合上述結果所繪製的示意圖。如圖3-25 所示。二次蝕刻所製備的 PSS 基板 更可以比一次蝕刻大幅的提供額外的斜面。其結果不僅可以增加側向成長的面 積，也代表著PSS-LED 磊晶品質的提昇與差排密度的減少，同時這也是為什麼 TEM 與 EPD 所觀察到的缺陷密度都會同步降低原因。更甚者，二次蝕刻 PSS 基 板所額外創造出來的表面高低起伏區域更可以增加光取出的效率。所以在量測

圖 3-25 左側為具有上下兩個平頂的一次蝕刻 PSS 基板在磊晶過程的示意圖，

右側為二次蝕刻後具有尖追狀的PSS 基板在磊晶過程的示意圖。