氮化鎵發光二極體背面反射結構之研究
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(4) 氮化鎵發光二極體背面反射結構之研究 指導教授：藍文厚 博士 國立高雄大學電機工程學系. 學生：黃文彥 國立高雄大學電機工程學系碩士班. 摘要 本論文研究不同背光反射結構，對氮化鎵發光二極體晶粒光電特性的影響。 以製作之模仁，利用壓印的方法，在旋 塗 式 玻 璃 塗 佈 光 阻 /基板上製作各種圖 案化結構，再於其上蒸鍍金屬，製作圖案化反射結構。將氮化鎵發光二極體晶粒 與之結合，進行發光二極體光電特性量測。圖案化背光結構改可改變發光二極體 晶粒之光場強度分佈，並提高輸出光強度與最大光功率操作電流。本論文同時探 討此圖案化背光結構，對於在平面式氧化鋁基板與圖案化氧化鋁基板上，磊晶之 氮化鎵發光二極體晶粒，光電特性的影響。. 關鍵字：壓印，圖案化反射結構，光場強度分佈。. -I-.
(5) Studies of GaN LED with different reflective structure. Advisor(s): Dr. Wen-How, Lan Department of Electrical Engineering National University of Kaohsiung. Student: Wen-Yen Huang Department of Electrical Engineering National University of Kaohsiung. ABSTRACT The GaN chips with different backside reflective pattern were studied. The backside reflective substrate was performed on spin-on-glass photoresist/glass substrate with imprinted structure followed by thermal evaporated aluminum reflector. The GaN chip was then mounted on the reflective substrate fabricated with different process parameters. The electrical and optical properties were studied. Different light intensity patterns were characterized for chip on different backside reflective structure. The operating current with maximum light output power can be increased with suitable backside reflective structure. Both chips with conventional and patterned sapphire substrate with different reflective structure were studied.. Keywords: Impint，Patterned reflection structure，Light intensity pattern。. - II -.
(6) 致謝 首先，感謝指導教授藍文厚老師，在這兩年給予我學業及實驗上 的指導與建議，使得本論文能夠順利完成，並且在生活上也不忘提醒 要照顧自己身體，深深感謝藍老師。同時也要感謝施明昌老師，這兩 年來除了課業上學到了不少知識，與在實驗上提供儀器及給予的幫 助。並感謝口試委員晶發光電陳宏任總經理撥空蒞臨指導。 感謝薄膜實驗室學長姐勁夫、冠廷、子鵬、源澤、紋彬、宗曄與 鈺婷在儀器上的教導與生活上的照顧。感謝薄膜實驗室的同學藝騰與 佳欣、施老師學生軒仰、文軒與嘉偉，因有你們的陪伴，讓我有人可 以一起討論實驗。學弟啟賓、尚易與文千等這一年來讓我的生活充滿 歡笑，與實驗方面的協助，謝謝您們的幫忙。 最後，要感謝父母親從小對我辛苦的栽培，讓我無後顧之憂的升 學，使我可以專心的讀完碩士班。還有姊姊、哥哥、大嫂的鼓勵，女 朋友林依緯長久以來精神上的支持，與姪子適時的幫我釋放壓力，辛 苦您們了，將本論文獻給我最摯愛的父母親與家人。 再次感謝曾經幫助過我的人，謝謝. 黃文彥. -III-.
(7) 目錄 中文摘要.........................................................................................................................I 英文摘要.......................................................................................................................II 致謝..............................................................................................................................III 目錄..............................................................................................................................IV 表目錄.. .......................................................................................................................VI 圖目錄........................................................................................................................VII 第一章. 緒論..............................................................................................................1. 1.1. 前言.............................................................................................................1. 1.2. 研究動機與目標.........................................................................................2. 第二章. 發光二極體之基本特性..............................................................................3. 2.1. LED 發光原理簡介.....................................................................................3. 2.2. LED 量子效率與發光效率.........................................................................4. 2.3. 提升 LED 量子效率的方法........................................................................8. 第三章. 實驗方法....................................................................................................16. 3.1. 熱壓成型奈米轉印技術簡介...................................................................16. 3.1.1. 製作 HPAR 結構.........................................................................................16. 3.1.2. 製作光纖圖案化反射結構........................................................................17. 3.2. LED 量測步驟...........................................................................................17. 3.3. 實驗藥品與儀器........................................................................................18. 3.3.1. 使用的溶劑與阻劑....................................................................................18. 3.3.2. 使用製程與量測的儀器及設備................................................................18 -IV-.
(8) 第四章. 實驗結果與討論........................................................................................23. 4.1. LED-I 置於 BGR 結構與 FAR 結構之研究..............................................23. 4.2. LED-I 置於 HPAR 結構之研究.................................................................25. 4.3. LED-I 置於光纖反射結構之研究............................................................27. 4.4. LED-II 置於 HPAR 結構之研究...............................................................30. 4.5. LED-II 置於光纖反射結構之研究...........................................................32. 4.6. 綜合討論...................................................................................................35. 第五章. 結論與未來工作........................................................................................46. 參考文獻......................................................................................................................47. -V-.
(9) 表目錄 表 4-1. LED-I 置於 BGR 結構之單位立體角......................................................37. 表 4-2. LED-I 置於 FAR 結構之單位立體角......................................................37. -VI-.
(10) 圖目錄 圖 2-1 光從光密介質入射到光疏介質時，入射光大於臨界角之反射光為全反射 光..................................................................................................................................11 圖 2-2 逃脫角錐的光與侷限於結構的光之示意圖..................................................11 圖 2-3 光源為均勻發光的點光源可出光區域示意圖..............................................12 圖 2-4 左圖為傳統矩形晶粒結構圖，右圖為 Nichia 在晶粒內外部分別製作週期 性微結構......................................................................................................................12 圖 2-5 晶粒表面或內部粗糙化之示意圖..................................................................13 圖 2-6 (a)元件未粗糙化之結構圖，(b)元件表面粗糙化之結構圖，(c)元件表面與 內部粗糙化之結構圖..................................................................................................13 圖 2-7 (a)(b)SiC 層往外傾斜示意圖，(c)(d)倒梯形 LED 示意圖................................14 圖 2-8 LED 藍寶石基板表面製作周期性的幾何形狀陣列之示意圖.......................15 圖 3-1 (a)模仁(Mold)之 SEM 圖，(b)壓印後的阻劑(Resist)之 SEM 圖，(c)沉積與 剝離(Lift Off)後之 SEM 圖..........................................................................................19 圖 3-2 (a)將樣品置於五百倍光學顯微鏡下觀察大範圍結構，(b)將樣品置於一千 倍光學顯微鏡下觀察小範圍結構。............................................................................19 圖 3-3 HPAR 結構之表面沉積鋁反射薄膜................................................................20 圖 3-4 (a) Black Glass Reflector (BGR)，(b) Flat Al Reflector (FAR)，(c) HPAR 與 (d)HPAR-m 結構..........................................................................................................20. -VII-.
(11) 圖 3-5 光纖圖案化之反射結構在光學顯微鏡下放大 100 倍(a) Fiber-pressed Crossed Strip Al Reflector (FCAR)結構，(b) Fiber-pressed Parallel Strip Al Reflector (FPAR)結構...............................................................................................................21 圖 3-6 光纖圖案化之反射結構之表面沉積鋁反射薄膜..........................................21 圖 3-7 (a) Black Glass Reflector (BGR)，(b) Flat Al Reflector (FAR)，(c) Fiber-pressed Parallel Strip Al Reflector (FPAR)，(d) Fiber-pressed Vertical Strip Al Reflector (FVAR)，(e) Fiber-pressed Crossed Strip Al Reflector (FCAR)、(f)FPAR-m 與(g)FVAR-m 結構......................................................................................................22 圖 4-1 LED-I 置於 BGR 結構之光場強度分佈圖.......................................................38 圖 4-2 LED-I 置於 FAR 結構之光場強度分佈圖........................................................38 圖 4-3 LED-I 置於 BGR 與 FAR 結構之光場強度分佈圖..........................................39 圖 4-4 LED-I 置於 BGR 與 FAR 結構之 L-I 曲線........................................................39 圖 4-5 LED-I 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之光場強度分佈圖.............40 圖 4-6 LED-I 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之 L-I 曲線...........................40 圖 4-7 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之光場強度分佈圖 FCAR 結構表面之反射……………………………………………………………...41 圖 4-8 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之光場強度分佈圖…....41 圖 4-9 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之 L-I 曲線…………..42 圖 4-10 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之 L-I 曲線…………......42. - VIII.
(12) 圖 4-11 LED-II 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之光場強度分佈圖…......43 圖 4-12 LED-II 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之 L-I 曲線…....................43 圖 4-13 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之光場強度分佈圖...44 圖 4-14 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之光場強度分佈圖…..44 圖 4-15 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之 L-I 曲線………..45 圖 4-16 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之 L-I 曲線…………....45. -IX-.
(13) 第一章 緒論 1.1 前言 從最早期紅光發光二極體(Light Emitting Diode, LED)使用GaAs1-xPx材料製作並被 發表之後[1]，往後的 20 年間不間斷的提升紅光與綠光LED良率與亮度。組成白光的三 原色為紅、綠、藍(Red、Green、Blue，RGB)三種顏色，關鍵的藍光LED一直因為材料 的因素，遲遲無法被製造出來，使得大家無法以LED為光源做照明。到了 1981 年日本 名古屋大學赤琦教授利用藍寶石(Sapphire)當基板，得到第一顆亮度 10mcd的p-n接面藍 色發光二極體[2]。隨後日亞(Nichia)公司的中村修二等團隊使用氮化鎵(GaN)當緩衝層， 在 1993 年開發出第一顆高亮度的氮化鎵藍光發光二極體，在 1994 年及 1995 年發表高 亮度的藍綠光及綠光發光二極體[3]。有了紅、綠、藍色彩的三原色LED後，可以加以 製作出白光LED，使LED擺脫輔助照明之功用，而擁有白光LED為光源的照明並實現全 彩化的顯示功能。 往後數十幾年間，LED 的相關專利與技術如雨後春筍般的蓬勃發展，除此之外， 各界研究的方向不外乎為如何大幅提升 LED 的發光效率。發光效率也就是外部量子效 率(External Quantum Efficiency, EQE)，外部量子效率為內部量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE)與光萃取效率(Light Extraction Efficiency, LEE)之乘積。用來提升發光效 率的方法有很多種，其中包括了封裝技術(Packaging Designs) [4,5]、粗化結構表面 (Surface Roughness)[6,7]與圖案化藍寶石基板(Pattern Sapphire Substrate, PSS)[8,9,10] 等。以上方法之目的皆希望 LED 發光效率能有效的提高，至可以取代市面上的白熾燈 泡，而使 LED 世代能提早來臨。. 1.
(14) 1.2 研究動機與目標 現階段絕大部分的 LED 內部量子效率成效良好，高品質之量子井(Quantum Wall) 皆具有 90%以上之內部量子效率[6]，但在光萃取效率方面則普遍的偏低[11]。LED 之內 部量子效率與光萃取效率存在相當大的差距，所以在 LED 整體發光效率中，相對的外 部量子效率往往只有 20~30%[6]。 在 LED 發光過程中，光的行徑路線為四面八方的，在此把光的行徑路線約略分成 往上和往下兩種方向。若 LED 背面無鍍鋁反射薄膜(without Al Reflector)，所量測的光 除了往上的行徑路線外，還有另外一半往下的光經由黑色的碳膠，絕大部分的光被吸 收；若 LED 背面有鍍鋁反射薄膜(with Al Reflector)，所量測的光除了往上的行徑路線 外，還會有另一半往下的光經由鋁薄膜的反射而往上的行徑路線，鋁反射薄膜大大的增 加反射率，而有效的提升 LED 的發光效率。在第二章中會提到 LED 因為部分光的全反 射而使光不能完全的射出 LED 元件外，而發光效率不能有效的提升。在文獻[8,9,10]中 以圖案化藍寶石基板(Pattern Sapphire Substrate, PSS)解決了部分光的全反射現象，另一 部分的光會穿透基板表面而達基板內部。而單單的使用鋁反射薄膜(Flat Al Reflector, FAR)不能將全反射之光完全脫離(Escape)LED 元件，會在藍寶石基板中繼續的全反射並 侷限(Trapped)於基板內，而光經由多次的全反射也會慢慢的被基板吸收，所以必須解決 使光減少在藍寶石基板內的全反射現象。本論文希望經由背面圖案化的反射結構使光的 反射之角度有所改變，將侷限於基板的光能脫離基板並射出 LED 外部，使 LED 達到更 好的發光效率，所以本論文研究改變背面反射結構來解決此全反射現象。. 2.
(15) 第二章 發光二極體之基本特性 2.1 LED 發光原理簡介 發光二極體(Light Emitting Diode, LED)由半導體材料所製成，此元件可將電能轉換 為光能的冷光發光元件。發光二極體主要由 P 型半導體與 N 型半導體形成一個 p-n 接 面，能帶結構未施加任何偏壓，此時 P 型半導體的費米能階與 N 型半導體的費米能階 相互對齊，且在接面處形成一電場，即存在一電位能，這會使導電帶和價電帶彎曲。P、 N 半導體導電帶的能帶差便是阻止電子流動的能障。 於 P 型半導體端供給正偏壓，N 型半導體端供給負偏壓，此種接法稱為順向偏壓 (Forward Bias)。此時負電壓端的所有能階皆會往上提升（相對於正電壓端），因而破壞 原先的平衡狀態(P 型半導體的費米能階與 N 型半導體的費米能階不再對齊)，且電子在 導電帶中向左流動時所遇到的能障也降低，因而非常容易流通，在電路中形成導通狀 態，電流也因而急速上升。 在一個適當的順向偏壓下，電洞、電子分別注入 P、N 兩端後，便會在 p-n 接面區 域結合而發光，即電子由高能量狀態掉回低能量狀態與電洞結合，將能量以光的形式釋 放出來。外部會不斷地由 N 側注入電子，並由 P 側注入電洞，使得電子、電洞結合而 發光的動作持續進行[16]。. 3.
(16) 2.2 LED 量子效率與發光效率 在第一章有提到內部量子效率與光萃取效率存在相當大的差距，所以必須有效的提 升光萃取效率。而提升 LED 亮度的有兩大方向，第一種方式是加大供給元件之電流， 增加大量電子注入元件，但由於溫度的熱阻效應，所以光輸出亮度提升到一個程度之後 會再度降低。第二種方式就是增加量子效率，以內部量子效率來講，LED 磊晶技術的 日漸成熟，良好品質之異質結構(Double Heterostructure)其內部量子效率可達到 90~99%[6]。內部量子效率與光萃取效率有很大的差距，以下討論各種效率的定義。. (1) 內部量子效率(Internal Quantum Efficiency, IQE) 內部量子效率的定義為每秒從主動層射出之光子數與每秒流進元件之電子數的比 值，意指供給一個電子給元件，可得到主動層發出光子之總數。元件的內部量子效率為 元件的電光轉換效率，也就是元件本身的特性，如元件本身材料的能帶、缺陷、雜質、 磊晶及結構等皆互相有關係，可得知內部量子效率與磊晶品質有絕對的關係，而後段封 裝製程不包括其中。[18] 內部量子效率ηint =每秒主動層射出之光子數 / 每秒流進元件之電子數. =. pint hν I e. (2.1). (2) 光萃取效率(Light Extraction Efficiency, LEE) 光萃取效率的定義為每秒射出元件外部之光子數與每秒從主動層射出之光子數的 比值，元件的光萃取效率指的是元件內部產生的光子，在經過元件本身的吸收、折射及 反射後實際上在元件外部可量測到之光子數。因此相關於光萃取效率的因素包括了元件 材料本身的吸收、元件的幾何結構、元件及封裝材料的折射率差及元件結構的散射特性 等，而光萃取效率和後段封裝製程有絕對的關係。[18]. 4.
(17) 光萃取效率ηextraction =每秒射出元件外部之光子數 / 每秒主動層射出之光子數. =. p hν pint hν. (2.2). 若要提昇外部量子效率，除了提升內部量子效率之外，最重要的就是提升光萃取效率， 提升光萃取效率是現階段工程中遇到最艱鉅的問題。. (3) 考慮 Fresnel Loss 效率 光從一介質進入到不同的介質時，會由於兩介質由於折射係數的差異，光會有一部 分會發生反射而不能完全的穿透，且光的反射能量的參數取決於折射係數的差異、入射 的角度以及入射波的極化方向而有所變化，上述的光損耗稱作 Fresnel Loss。在 LED 中， Fresnel Loss 是發生在空氣與半導體的介面，若能在中間加入一層折射係數介於兩介質 折射係數，便可以有效降低 Fresnel Loss 的發生。對於一垂直入射的光入射功率和光反 射功率之比例反射係數(Reflection Coefficient)R 可由下列方程式得知，. ⎡n − n ⎤ R = ⎢ 2 1⎥ ⎣ n2 + n1 ⎦. 2. (2.3). n1是介質 1 折射率， n2是介質 2 折射率， 反射係數 R 與穿透係數(Transmission Coefficient) T 相加為 1，所以 1 減 R 所得的值為穿 透係數 T， 2. ⎡n − n ⎤ 4n1n2 T = 1− R = 1− ⎢ 2 1 ⎥ = 2 n1 + 2n1n2 + n2 2 ⎣ n2 + n1 ⎦. (2.4a). (2.4a)式除以n1 n2則得到Fresnel效率ηFr. η Fr =. 4 2 + n1 n2 + n2 n1. 5. (2.4b).
(18) (4) 考慮 Critical Angle Loss 效率 若要提升外部量子效率除了改善磊晶品質來增進內部量子效率之外，另外最重要的 就是光萃取效率的提升，而較低的光萃取效率主要是源自於在 LED 內部的全反射，全 反射的發生原因是在半導體內部與空氣間折射係數的差異所導致。當入射光入射到另一 界面時，因界面左右材料不同，入射光與反射光、折射光線乃遵守著司乃耳定律(Snell’s Law)的關係式：. n1 sin θ1 = n2 sin θ 2. (2.5). n1是介質 1 折射率 n2是介質 2 折射率 θ1是入射角 θ2是折射角 如圖 2-1 所示，光從光密介質（折射率n1較大）入射到光疏介質（折射率n2較小） 且隨著不同角度入射時，其光線折射角度會隨著入射角度變化，當入射光的角度等於θc 時，將有一反射光角度等於 90 度，而定義此入射光角度為臨界角，如(2.6)式；而大於 臨界角入射光之反射光皆會全部反射到原介質內，則稱全反射(Total Internal Reflection, TIR)，在此θc為臨界角，. θc = sin −1 (n2 / n1 ). (2.6). n1是介質 1 折射率， n2是介質 2 折射率， 當光在 LED 晶粒之傳輸時，光受到了某程度內部全反射的侷限，因此這些光子便 不能順利的逃脫(Escape)晶粒到外部，也就造成了量子效率的再一次損耗，則稱為 Critical Angle Loss。如圖 2-2 所示，為描述光受到全反射被侷限於原介質與逃脫角錐 (Escape cone)示意圖，為了計算全反射角損耗，以下令光能量來做分析。如圖 2-3 所示， 假設光源為均勻發光的點光源，如公式(2-7)，L 為光可逃脫出原介質的能量值，. 6.
(19) 2π r 2 (1 − cos θ c ) 1 − cos θ c L= = 4π r 2 2. (2.7). 而點光源所發出的能量為 4πr2，可出光區域的面積為 2πr(1-cosθc)；以LED舉例來說， LED結構皆由高折射率的介質所組成，全反射角會相對的變小，在這公式(2-7)可近似公 式(2-8)，. 1 − cos θ c 1 ⎡ ⎛ θ c 2 ⎞ ⎤ 1 1 ⎛ n2 ⎞ 1 2 L= ≅ ⎢1 − ⎜ 1 − ⎟ ⎥ = θ c ≅ sin θ c = ⎜ ⎟ 2 2⎣ ⎝ 2 ⎠⎦ 4 4 4 ⎝ n1 ⎠. 2. (2.8). 為了方便計算能量的損耗值，我們把公式(2-8)歸一化(Normalization)，可得公式(2-9)，. ⎛n ⎞ ηCr = sin 2 θ c = ⎜ 2 ⎟ ⎝ n1 ⎠. 2. (2.9). Critical Angle的效率ηCr表示光可以逃脫出LED與侷限於LED的比例。當n1與n2的折射率 愈接近時，可得知ηCr值越接近 1，表示能夠逃脫的光愈多；若n1與n2的折射率差距愈大， 可得知ηCr值越接近 0，表示能夠逃脫的光線愈少[17]。 Fresnel 效率的損耗遠低於 Critical Angle 效率的損耗，所以 Critical Angle 的效率對於量 子效率的影響極大，決定了最後 LED 量子效率的優與劣，Critical Angle 效率是 LED 業 界關注設計的重點之一。在下一節討論如何改善 Fresnel 效率與 Critical Angle 效率的損 耗。. (5) 外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE) 外部量子效率的定義為每秒射出元件外部之光子數與每秒流進元件之電子數的比 值，意指供給一個電子給元件，可得到元件發出光子之總數。而上述兩種效率(內部量 子效率、光萃取效率)的乘積為元件的外部量子效率。可得知外部量子效率為所有製程 參數之集結。[18] 外部量子效率ηext =內部量子效率ηint×光萃取效率ηextraction =每秒射出元件外部之光子數 / 流進元件之電子數. 7.
(20) = ηintηextraction =. p hν I e. (2.10). 2.3 提升 LED 量子效率的方法 在上一節的分析，我們了解發光二極體的外部量子效率受制於 Fresnel Loss 以及 Critical Angle Loss 等因素，所以我們針對這些特性再作分析討論。 (1) Fresnel Loss 以氮化鎵發光二極體來說，Fresnel Loss是發生於光從氮化鎵發光二極體發射出空氣 時，在不同介質介面處中發生的損耗。一般來說，入射的角度越大，反射係數R也越大。 我們令氮化鎵的折射率為 2.5，空氣的折射率為 1，再將n1=2.5 和n2=1 代入(2.6)式可得 Fresnel的效率ηFr為 81.6%，對於一垂直入射的光有 81.6％的光可以穿透氮化鎵至空氣其 餘的會遭到界面反射。 由發光效率方程式所計算出的結果我們可以發現，發光二極體由氮化鎵材料發射出 而穿透至空氣中的光束的比例是很少的，既然如此，倘若我們可以做一些製程上的變 化，因而可以減少上述所說的這些光損耗，那麼將會有更多的光可以由發光二極體內部 中被萃取出來。 在一般光學元件中，通常會再其中加入一層中間層，此中間層可以使Fresnel反射獲 得改善，是由一種或多種具有特定厚度與折射係數的介質材料所構成。理論上所採用的 材料應該具備一個折射率nx，. nx = n1n2. (2.11). n1是介質 1 折射率， n2是介質 2 折射率，. 討論沒有中間層在空氣/半導體(GaN)界面以及有中間層在空氣/中間層/半導體 (GaN)界面Fresnel效率的差異。當沒有中間層(空氣/半導體)時，Fresnel的效率為 81.6%， 8.
(21) 81.6%的光可以穿透氮化鎵；當有中間層時，其理想薄膜中間層折射率為nx=1.55，而這 裡Fresnel的效率應有兩個不同的材料界面而重新計算，將nGaN=2.5、nx=1.55、nair=1 帶 入(2.4b)式，氮化鎵與nx Fresnel的效率為 94.5%，nx與空氣Fresnel的效率為 95.4%，總 Fresnel的效率為上面兩個相乘，因此我們可以看出若加入中間層在Fresnel 效率將從原 先的 81.6%提升至 90.2%，單純考慮Fresnel的效率而不考慮其他因素下，光萃取效率也 隨之小幅度的提升。. (2) Critical Angle Loss 根據司乃耳定律(Snell’s Law)，得知當反射角為 90 度，入射光角度定義為臨界角θc。 以GaN發光二極體舉例來計算臨界角為何，將n1=nGaN=2.5 和n2=nair=1 代入(2.7)式，計算 可得臨界角θc=23.6°；由此可知入射角小於 23.6°時，光可以從GaN發光二極體逃脫 (Escape)至空氣，但入射角大於 23.6°時，其餘光的會遭到侷限(Trapped)，便會發生內部 全反射，而使光完全反射回材料內部而轉換成不需要的能量。 對於GaN發光二極體入射至空氣的臨界角的效率ηCr，將n1=nGaN=2.5 和n2=nair=1 代 入(2.10)式，發現只有 16％的光可以從氮化鎵穿透至空氣。Critical Angle Loss的效率往 往都只有 10 至 20%，所以Critical Angle Loss在LED的光萃取效率中是個重要的關鍵。 在此可以藉由在晶粒內部(藍寶石基板)或外部(ITO)建立一些幾何形狀陣列，以破壞光線 在晶粒內部的全反射，並在晶粒背面成長鋁反射薄膜層，來提升元件的光萃取效率，如 圖 2-4 所示。 最早是由日亞化學(Nichia)所提出[14]，其粗化方法是在 LED 晶粒上形成規則的幾 何形狀陣列，這樣的能使全反射現象減少而提升光萃取效率，使整個 LED 的外部量子 效率有效的提升。如圖 2-5 所示，之後許多研究紛紛在晶粒內部及外部製作不同形狀的 結構，這樣的微結構使光更容易逃脫出 LED 晶粒，來提升光萃取效率，如圖 2-6。[10]. 9.
(22) (3) 改變表面結構及外形 對 LED 的結構做改變有如下方法：半圓球面、表面粗糙化、幾何形狀結構改變， 這些改變會影響光線的 Fresnel Loss 以及 Critical Angle Loss 現象，是本論文想要研究的 重點。 (a) 晶粒外型結構改變 一般的 LED 為四方型的立方體，LED 內部產生的光線會受晶粒外型限制導致全反 射，而被侷限在 LED 結構內部，因此有人改變 LED 的晶粒外型，改成倒梯形如圖 2-7(a)(b)，以及讓 SiC 傾斜，往外傾斜如圖 2-7(c)(d)[17]。在 2004 年 A. Borbely 等人利 用模擬計算如圖 2-7(c)(d)，SiC 層往外傾斜的外型，當 LED 處在空氣中，為一般立方體 LED 的光萃取效率約為 9%，有做傾斜外型的光萃取效率約為 29%，而外部有環氧樹脂 包覆下，一般立方體 LED 約為 13%，有做傾斜外型可以提升到 43%[17]。 (b) 表面粗糙化與圖案化 在 LED 的表面進行不規則的粗糙化，目的在增進 LED 內受全反射影響而被侷限住 光線的出光。2006 年的 Wei Chih Peng 等人提出在晶粒內部(藍寶石基板)或外部(ITO)表 面的粗糙化，對光萃取效率可以有效的增加[7]。而在 LED 表面蝕刻周期性的幾何形狀 陣列，並製作更多不一樣的幾何形狀陣列圖形，其實目的與粗糙化一樣，皆是為了增加 被侷限光的出光率。2010 年 Suthan Kissinger 等人在 LED 表面做週期結構，發現可以提 升出光量[10]。如圖 2-3 所示，除了逃脫角錐內的光可以離開 LED，其他的光線都被侷 限在 LED 內。但是如圖 2-8 所示，使 LED 表面粗糙化，可以使原本被侷限的光線，行 進路線改變增加射出 LED 的機率，提升 LED 的光萃取效率。. 10.
(23) 圖 2-1 光從光密介質入射到光疏介質時，入射光大於臨界角之反射光為全反射光。[15]. 圖 2-2 逃脫角錐的光與侷限於結構的光之示意圖。[17]. 11.
(24) 圖 2-3 光源為均勻發光的點光源可出光區域示意圖。[17]. 圖 2-4 左圖為傳統矩形晶粒結構圖； 右圖為 Nichia 在晶粒內外部分別製作週期性微結構。[14]. 12.
(25) 圖 2-5 晶粒表面或內部粗糙化之示意圖。[10]. 圖 2-6 (a)元件未粗糙化之結構圖，(b) 元件表面粗糙化之結構圖，(c)元件表面與內部粗 糙化之結構圖。[10] 13.
(26) 圖 2-7 (a)(b)SiC 層往外傾斜示意圖，(c)(d)倒梯形 LED 示意圖。[17]. 14.
(27) 圖 2-8 LED 藍寶石基板表面製作周期性的幾何形狀陣列之示意圖。[7]. 15.
(28) 第三章 實驗方法 3.1 熱壓成型奈米轉印技術簡介 熱壓成型奈米轉印技術之所以被視為未來最具潛力的奈米製造技術，由於跳脫傳統 微影製程(Photo-Lithography)，使得其特徵尺寸不受到光源波長之限制。熱壓成型奈米 轉印技術為普林斯頓大學 Stephen Y. Chou 等團隊所主張的概念以及發展的重點，利用 已設計好之模仁(Mold)，如圖 3-1(a)。利用傳統機械熱壓原理，藉由施加壓力方式將模 仁壓入阻劑中使阻劑產生預期圖案，其中阻劑係使用 PMMA 或 PS 等熱塑性高分子材 料，藉加熱方式使阻劑到達玻璃轉換溫度(Tg)，當模仁與阻劑完全密合後再降溫使阻劑 凝固，最後再將模仁與阻劑分離，如圖 3-1(b)。在蝕刻阻礙層上複製出與模仁結構相符 之奈米結構。隨後以反應式離子蝕刻(RIE)方式將殘餘之蝕刻阻礙層移除，再經由沉積 與剝離(Lift Off)後即完成壓印顯影步驟，如圖 3-1(c)。此目的與傳統微影製程之曝光顯 影相似，但元件之線寬卻可縮至 10 奈米以下且適合大量生產。[13]。. 3.1.1 製作 HPAR 結構 將旋塗式玻璃塗佈光阻為阻劑製作圖案化之反射結構，使用旋轉塗佈機(Spin Coater) 以 3000rpm旋轉塗佈旋塗式玻璃塗佈光阻在載玻片上。在此利用容易取得的圖案化藍寶 石基板(Pattern Sapphire Substrate, PSS)當模仁，此模仁的圖案為半圓球形狀，直徑為 3um，半圓球與半圓球之間距離為 5um。再利用小型千斤頂將模仁的圖案壓印(Imprint) 至塗有旋塗式玻璃塗佈光阻的載玻片上，經烘烤(Baking)300oC使旋塗式玻璃塗佈光阻完 全固化，使用光學顯微鏡(Photo Microscope)來確定是否壓印完整。如圖 3-2(a)所示，將 樣品置於五百倍光學顯微鏡下觀察大範圍結構，從模仁轉印圖案於旋塗式玻璃塗佈光阻 之載玻片上是均勻的。由圖 3-2(b)所示，將樣品置於一千倍光學顯微鏡下觀察小範圍結 構，可看出每個形狀皆與原來的圖案幾乎相符。確定模仁之圖案完整的壓印完成後，如 圖 3-3 為使用熱蒸鍍蒸鍍法(Thermal Evaporation Deposition)沉積鋁反射薄膜於圖案化之 載玻片表面，就可完成所需要圖案化之反射結構。HPAR系列可分別為以下四種圖案， 如圖 3-4：(a)在載玻片上黏有黑色炭膠之結構稱為Black Glass Reflector，簡稱為BGR。 16.
(29) (b)於無壓印之載玻片上使用熱蒸鍍蒸鍍法沉積鋁薄膜之結構稱為Flat Al Reflector，簡稱 為FAR。以及(c)PSS基板壓印於旋塗式玻璃塗佈光阻上之半球體圖案，再使用熱蒸鍍蒸 鍍法沉積鋁薄膜之結構稱為Hemisphere Patterned Al Reflector，簡稱為HPAR，為凹圖案。 (d)另一為當作模仁的PSS基板表面上鍍鋁反射薄膜之結構，簡稱HPAR-m，為凸圖案。. 3.1.2 製作光纖圖案化反射結構 另外製作一大尺寸圖案之反射結構與小尺寸圖案之反射結構做比較，討論LED晶粒 置於不同尺寸與深度的反射結構上是否會有不一樣的結果。在此使用直徑為 125um的光 纖(Optical Fiber)，將光纖對齊排列並固定於載玻片上當作模仁。在此使用的阻劑為能使 塗佈厚度(Thickness)較厚的AZ-4620 光阻，使用旋轉塗佈機(Spin Coater)以 3000rpm旋轉 塗佈光阻在載玻片上，再使用小型千斤頂將模仁的圖案壓印至塗佈光阻的載玻片上，經 120 oC的硬烤將光阻固定形狀。如圖 3-5 所示，將樣品置於一百倍光學顯微鏡下觀察， 從模仁轉印圖案於光阻之載玻片上是均勻且成功的。結果如圖 3-6 所示，確定光纖之圖 案壓印完成後，再使用熱蒸鍍蒸鍍法沉積鋁反射薄膜於圖案化之載玻片表面，就可完成 所需要的圖案化之反射結構。 光纖系列可分別為以下四種圖案，如圖 3-7：(a)在載玻片上黏上黑色炭膠之結構稱 為Black Glass Reflector，簡稱為BGR。(b)於無壓印之載玻片上使用熱蒸鍍蒸鍍法沉積鋁 薄膜之結構稱為Flat Al Reflector，簡稱為FAR。(c)於使用光纖壓印之載玻片上使用熱蒸 鍍蒸鍍法沉積鋁薄膜之結構，光偵測器之量測方向與壓印條紋互相平行Fiber-pressed Parallel Strip Al Reflector ，簡稱為FPAR，為凹圖案。(d)於使用光纖壓印之載玻片上使 用熱蒸鍍蒸鍍法沉積鋁薄膜之結構，光偵測器之量測方向與壓印條紋互相垂直 Fiber-pressed Vertical Strip Al Reflector，簡稱為FVAR，為凹圖案。(e)使用光纖壓印之載 玻片上，將光纖旋轉 90o再壓印一次，使兩次壓印圖案互相垂直，再使用熱蒸鍍蒸鍍法 沉積鋁薄膜之結構Fiber-pressed Crossed Strip Al Reflector，簡稱為FCAR，為凹圖案。另 一為光纖模仁表面上鍍鋁反射薄膜之結構，簡稱為(f)FPAR-m與(g)FVAR-m兩種結構， 為凸圖案。接下來就可開始研究LED晶粒與圖案化反射結構的關係。. 17.
(30) 3.2 LED 量測步驟 本論文使用廠商提供的背面無鍍鋁的LED-I與LED-II做發光源，置於製作完成的兩 種圖案化之反射結構上，利用多功能電源供應器(KEITHLEY 2611)各別提供 100mA與 20mA之電流於LED-I與LED-II。光接收端使用面積為Ap=0.5*0.5=0.25cm2光偵測器 (Photo Detector, PD)。當LED-I至於BGR結構上，晶粒與光偵測器距離 3、4 與 5cm，所 得到的單位立體角之強度皆略同(3cm單位立體角為 1.02E-2 W/SA，4cm單位立體角為 9.97E-3 W/SA，5cm單位立體角為 9.99E-3 W/SA)，誤差控制在 5%以下，所以在此論文 中固定光偵測器與晶粒之距離 3cm量測，使光偵測器接受訊號得知各角度之發光強度。. 3.3 實驗藥品與儀器 3.3.1 使用的溶劑與阻劑 1.. 丙酮（Acetone）. 2.. 甲醇（Methanol）. 3.. 去離子水（Deionized Water）. 4.. 旋塗式玻璃塗佈光阻（Spin On Glass, SOG）. 5.. AZ-4620 光阻(Photo Resistor, PR). 3.3.2 使用製程與量測的儀器及設備 1.. 超音波震盪洗淨機（Ultrasonic Cleaner）. 2.. 旋轉塗佈機（Spin Coater）. 3.. 加熱盤（Hot Plate）. 4.. 熱蒸鍍機（Thermal Evaporation Deposition）. 5.. 光學顯微鏡（Photo Microscope）. 6.. 多功能電源電表（multi-function source meter）. 18.
(31) 圖 3-1 (a)模仁(Mold)之 SEM 圖，(b)壓印後的阻劑(Resist)之 SEM 圖，(c)沉積與剝離(Lift Off)後之 SEM 圖。[13]. 圖 3-2 (a)將樣品置於五百倍光學顯微鏡下觀察大範圍結構，(b)將樣品置於一千倍光學 顯微鏡下觀察小範圍結構。. 19.
(32) 圖 3-3 HPAR 結構之表面沉積鋁反射薄膜。. 圖 3-4 (a) Black Glass Reflector (BGR)，(b) Flat Al Reflector (FAR)，(c) HPAR 與 (d)HPAR-m 結構。. 20.
(33) 圖 3-5 光纖圖案化之反射結構在光學顯微鏡下放大 100 倍 (a) Fiber-pressed Crossed Strip Al Reflector (FCAR)結構，(b) Fiber-pressed Parallel Strip Al Reflector (FPAR)結構。. 圖 3-6 光纖圖案化之反射結構之表面沉積鋁反射薄膜。. 21.
(34) 圖 3-7 (a) Black Glass Reflector (BGR)，(b) Flat Al Reflector (FAR)，(c) Fiber-pressed Parallel Strip Al Reflector (FPAR)，(d) Fiber-pressed Vertical Strip Al Reflector (FVAR)，(e) Fiber-pressed Crossed Strip Al Reflector (FCAR)，(f)FPAR-m 與(g)FVAR-m 結構。. 22.
(35) 第四章 實驗結果與討論 4.1 LED-I 置於 BGR 結構與 FAR 結構之研究 將背面無鍍鋁(without Al-reflector)之 LED-I，置於黏有碳膠的載玻片(Black Glass Reflector, BGR)與鍍鋁薄膜之載玻片(Flat Al Reflector, FAR)上面。利用多功能電源供應 器(KEITHLEY 2611)提供 100mA 之電流於 LED-I，改變光偵測器與晶粒之距離(3cm、 4cm、5cm)量測，使光偵測器接受光訊號得知各角度之光強度，如圖 4-1 為 LED-I 置於 BGR 結構之光場強度分佈圖；圖 4-2 為 LED-I 置於 FAR 結構之光場強度分佈。 各別將圖 4-1 和圖 4-2 光偵測器與晶粒距離 3cm的數據去比較LED-I置於BGR結構 與FAR結構的光場強度分佈，如圖 4-3 所示。可發現在LED-I置於有沉積鋁反射薄膜的 結構能使從發光層發出往下的光有效的反射，再加上往上光可使整體的發光強度有效的 提升，可得LED背面反射結構可以有效的增加光萃取效率。將LED-I置於BGR與FAR結 構可得到半高寬角度分別為±50o與±55o，代表有背面反射結構的光輸出角度也會變大。 另外如表 4-1，可發現BGR結構每單位立體角之強度約為 1.02E-02 (W/S.A)，如表 4-2， FAR結構每單位立體角之強度約為 2.34E-02(W/S.A)，相差超過 2 倍之多，更可以證明 背面反射結構的能有效的增加發光效率。 如圖 4-4 所示，為 LED-I 在兩種不同的結構上面的 L-I 曲線(Light Output Power 對 Current 作圖)。LED-I 分別置於 BGR 結構與 FAR 結構上，供給晶粒 10~160mA 驅動電 流來觀察發光效率的改變。可發現使用 BGR 結構隨著電流越大，L-I 曲線較容易達到飽 和。而使用 FAR 結構隨著電流越大，所得到的曲線成線性的增加，L-I 曲線較慢達飽和。 此原因推測為 FAR 結構的反射結構能使發光層所發出往下的光有效的利用 FAR 結構的 反射，使光能有效的從晶粒逃脫，使整體的發光效率能明顯的增加。原因為光能有效的 從晶粒逃脫所以光不會侷限(Trapped)在晶粒內，使光不會一直的反射而被結構吸收，轉 換成不需要的能量並且轉換成熱去影響晶粒的驅動。相反的 BGR 結構沒有反射結構使 光侷限在晶粒內，光在晶粒內持續反射而慢慢的被結構吸收，而累積了不需要的能量並 23.
(36) 且轉換成熱影響了晶粒的驅動。其中 FAR 結構對 BGR 結構給予的電流越大所得到的增 加率越大。 由 4.1 節可得知將 LED-I 置於 FAR 結構上能有效的增加光的發光效率。在 4.2 節將 LED-I 置於 HPAR 結構上，去量測是否能夠更有效的增加整體的發光效率。. 24.
(37) 4.2 LED-I 置於 HPAR 結構之研究 本論文主軸為背面反射結構對 LED 晶粒發光效率之影響，所以將 LED-I 放置於基 本結構 BDR 與 FAR 結構外，另外置於兩種圖案化反射結構上進行量測，第一種為使用 PSS 基板壓印之半球狀圖案之鋁反射薄膜(Hemisphere Patterned Al Reflector)結構，簡稱 HPAR；第二種為當作模仁的 PSS 基板表面上鍍鋁反射薄膜之結構，簡稱 HPAR-m。此 目的比較在相同圖案中，HPAR 為凹圖案、HPAR-m 為凸圖案所量測出光場分佈強度。 在此供給電流 100mA予LED-I進行光場強度分佈之量測。從圖 4-5 光場強度分佈圖 中可發現，LED-I置於BGR結構最大強度為 215uWatt，置於FAR結構最大強度為 400uWatt，可知FAR結構的整體發光效率比BGR結構高，與 4.1 節得到的結果是互相符 合的，而置於BGR結構的半高寬角度為±56.20o，置於FAR結構的半高寬角度為±68.97o， LED-I有背面反射結構也能使光輸出角度變大。 將LED-I置於HPAR結構最大強度為 422uWatt，置於HPAR-m結構最大強度為 477uWatt，與FAR結構必較可發現HPAR系列中的兩種結構皆可使整體發光效率有效的 增加。在壓印而成的HPAR結構為凹圖案，LED晶粒內部的量子井激發出來的光到HPAR 結構的凹反射圖案，在此雖然因為半圓球圖案能解決光的全反射現象，但在凹反射圖案 中會經由多次的反射產生基板的吸收，而導致整理發光效率增加幅度較小。但在 HPAR-m結構為凸圖案，光到HPAR-m結構只經過一次的反射就可以使光脫離全反射的 路徑，而解決全反射現象使HPAR-m結構比HPAR結構整體發光效率更高。而置於HPAR 結構的半高寬為±64.90o，置於HPAR-m結構的半高寬為±68.23o，在此LED-I在HPAR-m 結構比HPAR結構的光輸出角度還大。 如圖 4-6 所示，為 LED-I 在 BGR、FAR、 HPAR 與 HPAR-m 四種不同的結構上面 的 L-I 曲線。BGR 結構的 L-I 曲線供給電流 20~120mA 時呈線性的增加，而在供給電流 超過 120mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於 LED 晶粒背面為黏有黑色碳膠的載玻. 25.
(38) 片，因為無鋁反射結構並且黑色碳膠容易產生熱的累積，所以導致光強度隨之降低。FAR 和 HPAR 結構的 L-I 曲線皆在供給電流 20~200mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 200mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於熱累積很快而使光強度降低。HPAR-m 結 構的 L-I 曲線在供給電流 20~460mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 460mA 時就 慢慢到達飽和而開始下降，由於 HPAR-m 結構能使光有效的射出元件外，光不會在基 板內有多餘的反射被晶粒吸收而產生不需要的熱，而能供給較大的驅動電流給 LED-I， 使整體發光效率能更有效的提升。 除了研究 LED-I 置於 HPAR 結構與 HPAR-m 結構之整體發光效率外，另外製作出 大圖案之光纖反射結構繼續此研究，觀察是否會因不同尺寸與深度的反射結構會有不一 樣的發光效率。. 26.
(39) 4.3 LED-I 置於光纖反射結構之研究 在此使用容易取得直徑為 125um 的光纖排列整齊並加以固定來做為模仁，製作出 兩系列的反射結構，第一種系列為使用光纖模仁壓印之反射結構，為 FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結構；第二種系列為光纖模仁表面上鍍鋁反射薄膜之結構，為 FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構。來比較在相同圖案中，FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結構為凹圖案， FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構為凸圖案所量測出光場分佈強度。在此與上一節用 PSS 基板當模仁壓印的小尺寸，直徑為 3um、半圓球與半圓球之間距離為 5um 的 HPAR 結 構與 HPAR-m 結構做比較。 在此供給電流 100mA予LED-I進行光場強度分佈之量測。從圖 4-7 光場強度分佈圖 中可發現，將LED-I置於FPAR、FVAR與FCAR三種結構最大強度各為 366、383 與 388uWatt，此壓印圖案皆為為凹直條圖案。FPAR結構為使用光纖壓印而成，光偵測器 平行壓印條紋去量測光場強度分佈圖，若一垂直入射光於FPAR結構，會有與條紋垂直 方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的光場強度分佈圖 較小。FVAR結構為使用光纖壓印而成，光偵測器垂直壓印條紋去量測光場分佈圖，若 一垂直入射光於FPAR結構，會有與條紋垂直方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向 為一樣，所以在FPAR結構的所量測到的光場強度分佈圖較大。在此FCAR結構為二次壓 印所製成，若一垂直入射光於FCAR結構會有反射光發散角±11.31o，可知LED-I經由此 FCAR結構的反射能集中光於一個區塊內，會有較大的光場強度分佈。而LED-I置於 FPAR結構的半高寬為±68.20o，置於FVAR結構的半高寬為±66.77o，置於FCAR結構的半 高寬為±66.83o，在此LED-I置於FPAR與FCAR結構的光輸出角度相近，而大於置於FVAR 結構的光輸出角度。. 27.
(40) 如圖 4-8 光場強度分佈圖中可發現，將LED-I置於FPAR-m與FVAR-m兩種結構最大 強度各為 384 與 406uWatt，此圖案皆為為凸直條圖案。FPAR-m為光偵測器平行掃描光 纖模仁條紋，若一垂直入射光於FPAR-m結構與FPAR結構一樣會有垂直方向的反射光， 在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的光場強度分佈圖較小。FVAR-m 為光偵測器平行掃描光纖模仁條紋，若一垂直入射光於FVAR-m結構與FVAR結構一樣 會有垂直方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的光場強 度分佈圖較大。而置於FPAR-m結構的半高寬為±63.64o，置於FVAR-m結構的半高寬為 ±63.24o，在此LED-I置於FPAR-m與FVAR-m結構的光輸出角度皆相等。 如圖 4-9 所示，為 LED-I 在 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 五種不同的結構 上面的 L-I 曲線。BGR 結構的 L-I 曲線供給電流 20~120mA 時呈線性的增加，而在供給 電流超過 120mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於 LED 晶粒背面為黏有黑色碳膠的 載玻片，因為無鋁反射結構並且黑色碳膠容易產生熱的累積，所以導致光強度隨之降 低。FPAR 結構的 L-I 曲線供給電流 20~160mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 160mA 時就慢慢到達飽和而開始下降。FVAR 結構的 L-I 曲線供給電流 20~180mA 時呈 線性的增加，而在供給電流超過 180mA 時就慢慢到達飽和而開始下降。FCAR 與 FAR 結構的 L-I 曲線供給電流 20~200mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 20mA 時就慢 慢到達飽和而開始下降。在此 FCAR 結構較能解決 LED 晶粒內全反射現象，因為此結 構中能限制光的能力比較強，所以整體發光效率比較強。FCAR 與 FVAR 結構比較整體 的發光效率差不多，因為經過 FVAR 結構的反射光與光偵測器掃描方向是相同的，所以 光強度也是比較高的，而 FPAR 結構的反射光與光偵測器掃描方向是不同的，所以光強 度相對比較弱。 如圖 4-10 所示，為 LED-I 在 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 四種不同的結構上 面的 L-I 曲線。BGR 結構與 FAR 結構的 L-I 曲線講解如上一段。FPAR-m 結構供給電流 20~160mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 160mA 時就慢慢到達飽和而開始下降。 FVAR-m 結構的 L-I 曲線供給電流 20~180mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 28.
(41) 180mA 時就慢慢到達飽和而開始下降。在此 FVAR-m 結構的反射光與光偵測器掃描方 向是相同的，所以光強度也是比較高的，而 FPAR-m 結構的反射光與光偵測器掃描方向 是不同的，所以光強度相對比較弱。 從 4.2 節與 4.3 節所得到結論，HPAR 與 HPAR-m 結構整體的發光效率比 FAR 結構 高。凹圖案的 HPAR 結構整體發光效率比 FAR 結構大，最大強度增強了 6.23%。尤其 是凸圖案的 HPAR-m 結構整體發光效率特別高，最大強度增強了接近 20%。從此可得 知 HPAR 與 HPAR-m 能夠有效的使整體發光效率增加。 光纖結構中凹圖案的 FPAR、FVAR 與 FCAR 結構整體的發光效率比 FAR 結構低。 FPAR 結構整體發光效率比 FAR 結構小，最大強度減少了 8.00%。FVAR 結構整體發光 效率比 FAR 結構小，最大強度減少了 3.67%。FCAR 結構整體發光效率比 FAR 結構小， 最大強度減少了 2.36%。從此可知的 FPAR、FVAR 與 FCAR 結構不能有效的使整體發 光效率增加。光纖結構中凸圖案的 FPAR-m 結構的發光效率比 FVAR-m 結構低，由之 前所提到的 FPAR(mold)結構所反射的光與光偵測器的掃描方向是互相垂直，FPAR-m 結構所反射的光與光偵測器的掃描方向是一樣的，所以整體發光效率是 FPAR-m 結構大 於 FPAR-m 結構。 在此更換沒有圖案化藍寶石基板所磊晶而成的 LED-II 繼續此研究，觀察是否會因 為不同基板所磊晶的 LED 晶粒，使置於這兩種系列反射結構上會有更好的發光效率。. 29.
(42) 4.4 LED-II 置於 HPAR 結構之研究 將沒有圖案化藍寶石基板所磊晶而成的 LED-II 放置於基本結構 BDR 與 FAR 結構 外，另外置於兩種反射結構上進行量測，此兩種結構為 4.2 節所提到的 HPAR 結構與 HPAR-m 結構，HPAR 為凹圖案、HPAR-m 為凸圖案。 在此供給電流 20mA予LED-II進行光場強度分佈之量測。從圖 4-11 光場強度分佈圖 中可發現，LED-II置於BGR結構最大強度為 6.85uWatt，置於FAR結構最大強度為 12.57uWatt，可知FAR結構的整體發光效率比BGR結構高，與 4.1 節得到的結果是互相 符合的，而置於BGR結構的半高寬角度為±49.29o，置於FAR結構的半高寬角度為 ±65.28o，LED-II有背面反射結構也能使光輸出角度變大。 將LED-II置於HPAR結構最大強度為 13.29uWatt，置於HPAR-m結構最大強度為 17.46uWatt，與FAR結構必較可發現HPAR系列中的兩種結構皆可使整體發光效率有效的 增加。在壓印而成的HPAR結構為凹圖案，LED晶粒內部的量子井激發出來的到HPAR 結構的凹反射圖案，在此雖然因為半圓球圖案能解決光的全反射現象，但在凹反射圖案 中會經由多次的反射產生基板的吸收，而導致整理發光效率增加幅度較小。但在 HPAR-m結構為凸圖案，光到HPAR-m結構只經過一次的反射就可以使光脫離全反射的 路徑，而解決全反射現象使HPAR-m結構比HPAR結構整體發光效率更高。而置於HPAR 結構的半高寬為±58.77o，置於HPAR-m結構的半高寬為±65.03o，在此LED-II在HPAR-m 結構比HPAR結構的光輸出角度還大。 如圖 4-12 所示，為 LED-II 在 BGR、FAR、 HPAR 與 HPAR-m 四種不同的結構上 面的 L-I 曲線。BGR 結構的 L-I 曲線供給電流 10~40mA 時呈線性的增加，而在供給電 流超過 40mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於 LED 晶粒背面為黏有黑色碳膠的載 玻片，因為無鋁反射結構並且黑色碳膠容易產生熱的累積，所以導致光強度隨之降低。 FAR 和 HPAR 結構的 L-I 曲線皆在供給電流 10~50mA 時呈線性的增加，而在供給電流. 30.
(43) 超過 50mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於熱累積很快而使光強度降低。HPAR-m 結構的 L-I 曲線在供給電流 10~90mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 90mA 時就 慢慢到達飽和而開始下降，由於 HPAR-m 結構能使光有效的射出元件外，光不會在基 板內有多餘的反射被晶粒吸收而產生不需要的熱，而能供給較大的驅動電流給 LED-II， 使整體發光效率能更有效的提升。 在此節使用沒有圖案化藍寶石基板所磊晶而成的 LED-II，與 4.2 節使用圖案化藍寶 石基板所磊晶而成的 LED-I 比較，LED-II 使用這四種結構的光輸出角度較小，LED-I 使用這四種結構的光輸出角度較大，而此可知使用 LED-I 本身已經增加光輸出角度， 在此選擇 LED-I 較好。 在下一節觀察 LED-II 置於光纖反射結構所量測的數據與 4.3 節比較，是否會有更 好的整體發光效率或光輸出角度。. 31.
(44) 4.5 LED-II 置於光纖反射結構之研究 將沒有圖案化藍寶石基板所磊晶而成的 LED-II 放置於兩種系列的光纖反射結構上 進行量測。第 4.3 節所提到的第一種系列為使用光纖模仁壓印之反射結構，為 FPAR、 FVAR 與 FCAR 三種結構；第二種系列為光纖模仁表面上鍍鋁反射薄膜之結構，為 FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構。來比較在相同圖案中，FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結 構為凹圖案，FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構為凸圖案所量測出光場分佈強度。在此與上 一節用 PSS 基板當模仁壓印的小尺寸，直徑為 3um、半圓球與半圓球之間距離為 5um 的 HPAR 結構與 HPAR-m 結構做比較。 在此供給電流 20mA予LED-II進行光場強度分佈之量測。從圖 4-13 光場強度分佈圖 中可發現，將LED-II置於FPAR、FVAR與FCAR三種結構最大強度各為 11.37、12.17 與 12.42uWatt，此壓印圖案皆為為凹直條圖案。FPAR結構為使用光纖壓印而成，光偵測器 平行壓印條紋去量測光場強度分佈圖，若一垂直入射光於FPAR結構，會有與條紋垂直 方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的光場強度分佈圖 較小。FVAR結構為使用光纖壓印而成，光偵測器垂直壓印條紋去量測光場分佈圖，若 一垂直入射光於FPAR結構，會有與條紋垂直方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向 為一樣，所以在FPAR結構的所量測到的光場強度分佈圖較大。在此FCAR結構為二次壓 印所製成，若一垂直入射光於FCAR結構會有反射光發散角±11.31o，可知LED-II經由此 FCAR結構的反射能集中光於一個區塊內，會有較大的光場強度分佈。而LED-II置於 FPAR結構的半高寬為±65.76o，置於FVAR結構的半高寬為±63.43o，置於FCAR結構的半 高寬為±71.04o，在此LED-II置於FPAR與FVAR結構的光輸出角度相近，而遠小於置於 FCAR結構的光輸出角度。 如圖 4-14 光場強度分佈圖中可發現，將LED-II置於FPAR-m與FVAR-m兩種結構最 大強度各為 12.24 與 12.87uWatt，此圖案皆為為凸直條圖案。FPAR-m為光偵測器平行 掃描光纖模仁條紋，若一垂直入射光於FPAR-m結構與FPAR結構一樣會有垂直方向的反 32.
(45) 射光，在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的光場強度分佈圖較小。 FVAR-m為光偵測器平行掃描光纖模仁條紋，若一垂直入射光於FVAR-m結構與FVAR結 構一樣會有垂直方向的反射光，在此與光偵測器掃描方向為垂直，所以在FPAR結構的 光場強度分佈圖較大。而置於FPAR-m結構的半高寬為±63.94o，置於FVAR-m結構的半 高寬為±62.83o，在此LED-II置於FPAR-m結構的光輸出角度比FVAR-m結構大 1 度。 如圖 4-15 所示，為 LED-II 在 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 五種不同的結 構上面的 L-I 曲線。BGR 結構的 L-I 曲線供給電流 10~40mA 時呈線性的增加，而在供 給電流超過 40mA 時就慢慢到達飽和而開始下降，由於 LED 晶粒背面為黏有黑色碳膠 的載玻片，因為無鋁反射結構並且黑色碳膠容易產生熱的累積，所以導致光強度隨之降 低。FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結構的 L-I 曲線皆供給電流 10~50mA 時呈線性的增加， 而在供給電流超過 50mA 時就慢慢到達飽和而開始下降。在此 FCAR 結構較能解決 LED 晶粒內全反射現象，因為此結構中能限制光的能力比較強，所以整體發光效率比較強。 FCAR 與 FVAR 結構比較整體的發光效率差不多，因為經過 FVAR 結構的反射光與光偵 測器掃描方向是相同的，所以光強度也是比較高的，而 FPAR 結構的反射光與光偵測器 掃描方向是不同的，所以光強度相對比較弱。 如圖 4-16 所示，為 LED-II 在 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 四種不同的結構上 面的 L-I 曲線。BGR 結構與 FAR 結構的 L-I 曲線講解如上一段。FPAR-m 與 FVAR-m 結構皆供給電流 10~50mA 時呈線性的增加，而在供給電流超過 50mA 時就慢慢到達飽 和而開始下降。在此 FVAR-m 結構的反射光與光偵測器掃描方向是相同的，所以光強 度也是比較高的，而 FPAR-m 結構的反射光與光偵測器掃描方向是不同的，所以光強度 相對比較弱。 從 4.4 節與 4.5 節所得到結論，HPAR 與 HPAR-m 結構整體的發光效率比 FAR 結構 高。凹圖案的 HPAR 結構整體發光效率比 FAR 結構大，最大強度增強了 5.73%。尤其 是凸圖案的 HPAR-m 結構整體發光效率特別高，最大強度增強了 38.90%。從此可得知. 33.
(46) HPAR 與 HPAR-m 能夠有效的使整體發光效率增加。 光纖結構中凹圖案的 FPAR、FVAR 與 FCAR 結構整體的發光效率比 FAR 結構低。 FPAR 結構整體發光效率比 FAR 結構小，最大強度減少了 9.55%。FVAR 結構整體發光 效率比 FAR 結構小，最大強度減少了 3.18%。FCAR 結構整體發光效率比 FAR 結構小， 最大強度減少了 1.19%。從此可知的 FPAR、FVAR 與 FCAR 結構不能有效的使整體發 光效率增加。光纖結構中凸圖案的 FPAR-m 結構的發光效率比 FVAR-m 結構低，由之 前所提到的 FPAR-m 結構所反射的光與光偵測器的掃描方向是互相垂直，FPAR-m 結構 所反射的光與光偵測器的掃描方向是一樣的，所以整體發光效率是 FPAR-m 結構大於 FPAR-m 結構。. 34.
(47) 4.6 綜合討論 以光纖結構來討論，在 4.3 節使用 LED-I 與 4.5 節使用 LED-II 置於光纖壓印反射結 構結果皆一樣，在 4.3 節使用 LED-I 置於 FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結構皆不能有效 的使整體發光效率增加，反而比 FAR 結構差一點，如圖 4-10，最大強度個別減少了 8.00%、3.67%與 2.36%。LED-I 置於 FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構與 FAR 結構比較如 圖 4-14，FPAR-m 結構不能有效的使整體發光效率增加，最大強度減少了 3.39%，FVAR-m 結構卻能有效的使整體發光效率增加，最大強度增加了 2.12%，而此原因為之前所提到 的 FPAR-m 結構所反射的光與光偵測器的掃描方向是互相垂直，FPAR-m 結構所反射的 光與光偵測器的掃描方向是一樣的，所以整體發光效率是 FPAR-m 結構大於 FPAR-m 結 構。 在 4.5 節使用 LED-II 置於 FPAR、FVAR 與 FCAR 三種結構皆不能有效的使整體發 光效率增加，反而比 FAR 結構差一點，如圖 4-17，最大強度個別減少了 9.55%、3.18% 與 1.19%。LED-II 置於 FPAR-m 與 FVAR-m 兩種結構與 FAR 結構比較如圖 4-18，FPAR-m 結構不能有效的使整體發光效率增加，最大強度減少了 2.63%，而 FVAR-m 結構卻能有 效的使整體發光效率增加，最大強度增加了 2.39%，而此原因為之前所提到的 FPAR-m 結構所反射的光與光偵測器的掃描方向是互相垂直，FPAR-m 結構所反射的光與光偵測 器的掃描方向是一樣的，所以整體發光效率是 FPAR-m 結構大於 FPAR-m 結構。 以 HPAR 結構來討論，在 4.2 節使用 LED-I 與 4.4 節使用 LED-II 置於 HPAR 結構 結果皆一樣，在 4.2 節使用 LED-I 置於 HPAR 與 HPAR-m 結構皆能有效的使整體發光 效率增加，如圖 4-6，最大強度個別增加了 6.23%與 20%。在 4.4 節使用 LED-II 置於 HPAR 與 HPAR-m 結構一樣能有效的使整體發光效率增加，如圖 4-14，最大強度個別增 加了 5.73%與 38.90%。. 35.
(48) 而在 4.2 與 4.3 節使用 LED-I 與 4.4 與 4.5 節使用 LED-II 置於 HPAR 與光纖結構的 趨勢皆一樣，有所差別的地方於使用兩種不同基板所磊晶而成的 LED 晶粒光輸出角 度，使用 LED-I 光輸出角度皆比使用 LED-II 大。 第二章所介紹外部量子效率(整體發光效率)等於內部量子效率與光萃取效率的乘 積，在此內部量子效率皆相同(同一顆 LED 晶粒)，而外部量子效率有所提升，代表難 以增加的光萃取效率有所提升。因 Critical Angle Loss 光的全反射皆與光萃取效率有關 係，代表 HPAR 與 HPAR-m 結構能有效的解決 Critical Angle Loss 現象，所以此反射結 構能使光萃取效率有效的提升，而達到本論文的研究目的。. 36.
(49) 表 4-1 LED-I 置於 BGR 結構之單位立體角。. 最大強度(W). 立體角(S.A). 每單位立體角 之強度(W/S.A). 全立體角(S.A). 3cm. 2.84E-04. 2.78E-02. 1.02E-02. 1.28E-01. 4cm. 1.56E-04. 1.56E-02. 9.97E-03. 1.25E-01. 5cm. 9.99E-05. 1.00E-02. 9.99E-03. 1.25E-01. 表 4-2 LED-I 置於 FAR 結構之單位立體角。. 最大強度(W). 立體角(S.A). 每單位立體角 之強度(W/S.A). 全立體角(S.A). 3cm. 6.49E-04. 2.78E-02. 2.34E-02. 2.93E-01. 4cm. 3.64E-04. 1.56E-02. 2.33E-02. 2.93E-01. 5cm. 2.38E-04. 1.00E-02. 2.38E-02. 2.99E-01. 37.
(50) 90. Intensity (mWatt). 0.8. 120. 60. 0.6 0.4. 30. 150. 0.2 0.0 180 0.0. 0 3cm 4cm 5cm. 0.2. Angle (degree). 0.4. 0.6. 0.8. 圖 4-1 LED-I 置於 BGR 結構之光場強度分佈圖。. 90. Intensity (mWatt). 0.8. 120. 60. 0.6 0.4. 30. 150. 0.2 0.0 180 0.0. 0.2. 0 3cm 4cm 5cm. Angle (degree). 0.4. 0.6. 0.8. 圖 4-2 LED-I 置於 FAR 結構之光場強度分佈圖。. 38.
(51) 90. Intensity (mWatt). 0.8. 120. 60. 0.6 30. 150. 0.4 0.2. 0.0 180 0.0. 0 BGR FAR. 0.2. Angle (degree). 0.4. 0.6. 0.8. 圖 4-3 LED-I 置於 BGR 與 FAR 結構之光場強度分佈圖。. 0.8. Light output power (mWatt). BGR FAR 0.6. 0.4. 0.2. 0.0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. I (mA). 圖 4-4 LED-I 置於 BGR 與 FAR 結構之 L-I 曲線。. 39.
(52) 90. Intensity (mWatt). 0.5. 120. 60. 0.4 0.3. 30. 150. 0.2 0.1 0.0 180 0.0. 0 BGR Angle (degree) FAR HPAR HPAR-m. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5. 圖 4-5 LED-I 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之光場強度分佈圖。. 1.4 BGR FAR HPAR HPAR-m. Light output power (mWatt). 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0. 0. 50. 100 150 200 250 300 350 400 450 500. I (mA). 圖 4-6 LED-I 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之 L-I 曲線。. 40.
(53) 90. Intensity (mWatt). 0.5. 120. 60. 0.4 0.3. 30. 150. 0.2 0.1 0.0 180 0.0. 0 BGR FAR FPAR FVAR FCAR. 0.1 0.2 0.3. Angle (degree). 0.4 0.5. 圖 4-7 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之光場強度分佈圖。. 90. Intensity (mWatt). 0.5. 120. 60. 0.4 0.3. 30. 150. 0.2 0.1 0.0 180 0.0 0.1 0.2. 0 BGR Angle (degree) FAR FPAR-m FVAR-m. 0.3 0.4 0.5. 圖 4-8 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之光場強度分佈圖。. 41.
(54) Light output power (mWatt). 0.6 BGR FAR FPAR FVAR FCAR. 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0. 0. 20. 40. 60. 80 100 120 140 160 180 200 220. I (mA). 圖 4-9 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之 L-I 曲線。. Light output power (mWatt). 0.6 BGR FAR FPAR-m FVAR-m. 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0. 0. 20. 40. 60. 80 100 120 140 160 180 200 220. I (mA). 圖 4-10 LED-I 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之 L-I 曲線。. 42.
(55) 90. Intensity (mWatt). 0.020. 120. 60. 0.015 30. 150. 0.010 0.005 0.000 0.000. 180. 0. Angle (degree) BGR FAR HPAR HPAR-m. 0.005. 0.010. 0.015. 0.020. 圖 4-11 LED-II 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之光場強度分佈圖。. Light output power (mWatt). 0.06 BGR FAR HPAR HPAR-m. 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. I (mA). 圖 4-12 LED-II 置於 BGR、FAR、HPAR 與 HPAR-m 結構之 L-I 曲線。. 43.
(56) 90. Intensity (mWatt). 0.020. 120. 60. 0.015 0.010. 30. 150. 0.005 0.000 180 0.000. 0 BGR FAR FPAR FVAR FCAR. 0.005. 0.010. Angle (degree). 0.015. 0.020. 圖 4-13 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之光場強度分佈圖。. 90. Intensity (mWatt). 0.020. 120. 60. 0.015 0.010. 30. 150. 0.005 0.000 180 0.000. 0.005. 0.010. 0 BGR Angle (degree) FAR FPAR-m FVAR-m. 0.015. 0.020. 圖 4-14 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之光場強度分佈圖。. 44.
(57) Light output power (mWatt). 0.030 BGR FAR FPAR FVAR FCAR. 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. I (mA). 圖 4-15 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR、FVAR 與 FCAR 結構之 L-I 曲線。. Light output power (mWatt). 0.030 BGR FAR FPAR-m FVAR-m. 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. I (mA). 圖 4-16 LED-II 置於 BGR、FAR、FPAR-m 與 FVAR-m 結構之 L-I 曲線。. 45.
(58) 第五章 結論與未來工作 從實驗的實驗結果可發現，LED-I 與 LED-II 置於 HPAR 與 HPAR-m 結構皆能有效 的增加整體發光效率。從實驗數據可知使用相同的 LED 晶粒有相同的內部量子效率， 經由 HPAR 與 HPAR-m 結構可使外部量子效率有效的增加，所以將 LED 晶粒置於 HPAR 與 HPAR-m 結構能使光萃取效率有效的提升。 本論文使用簡單的壓印方法製作兩種圖案化反射基板，所壓印出來的圖案未必能與 模仁圖案完全一致。未來工作中若能使用其他更精密的奈米壓印方法或曝光、顯影、蝕 刻方法去製作圖案化反射基板，並且試著使用不一樣的尺寸、不一樣的深度與不一樣的 圖案加以研究，或許會有更不一樣的更高的發光效率與更廣的光輸出角度. 46.
(59) 參考文獻 [1] N. Holonyak Jr. and S. F. Bevaqua, Coherent (visible) light emissionfrom GaAs1-xPx junctions, Appl. Phys. Lett., vol. 1, pp. 82–83, 1962, (1995). [2] 史光國, 半導體發光二極體及固體照明, 全華科技圖書股份有限公司, (2005). [3] S. NaKamura, T. Mukai, and M. Senoh, High-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-green-light-emitting diodes, J. Appl. Phys. Vol.776, 8180-8191, (1994). [4] J. J. Wierer, D. A. Steigerwald, M. R. Krames, J. J. O'Shea, M. J. Ludowise, G. Christenson, Y.-C. Shen, C. Lowery, P. S. Martin, S. Subramanya, W. GoÈtz, N. F. Gardner, R. S. Kern, and S. A. Stockman, High-power AlGaInN flip-chip light-emitting diodes, APPLIED PHYSICS LETTERS, VOLUME 78, NUMBER 22. [5] Daniel A. Steigerwald, Jerome C. Bhat, Dave Collins, Robert M. Fletcher, Mari Ochiai Holcomb, Michael J. Ludowise, Member, IEEE, Paul S. Martin, and Serge L. Rudaz, Illumination With Solid State Lighting Technology, IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 8, NO. 2, MARCH/APRIL 2002. [6] C. Caneau, T. J. Gmitter, and. A.. SchereP, 30 percent external quantum efficiency from. surface textured thin-film LEDs, Received 9 April 1993; accepted for publication 9 August 1993. [7] Wei Chih Peng and Yew Chung Sermon Wu, Improved luminance intensity of InGaN–GaN light-emitting diode by roughening both the p-GaN surface and the undoped-GaN surface, APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 041116 2006. [8] Y.J. Lee, T.C. Hsu, H.C. Kuo, S.C. Wang, Y.L. Yang, S.N. Yen, Y.T. Chu, Y.J. Shen, M.H. Hsieh, M.J. Jou, B.J. Lee, Improvement in light-output efficiency of near-ultraviolet 47.
(60) InGaN–GaN LEDs fabricated on stripe patterned sapphire substrates, Materials Science and Engineering B 122 (2005) 184–187. [9] Haiyong Gao, Fawang Yan, Yang Zhang, Jinmin Li, Yiping Zeng, Guohong Wang, Improvement of the performance of GaN-based LEDs grown on sapphire substrates patterned by wet and ICP etching, Solid-State Electronics 52 (2008) 962–967. [10] Suthan Kissinger, Seong-Muk Jeong, Seok-Hyo Yun, Seung Jae Lee, Dong-Wook Kim, In-Hwan Lee, Cheul-Ro Lee, Enhancement in emission angle of the blue LED chip fabricated on lens patterned sapphire (0 0 0 1), Solid-State Electronics 54 (2010) 509–515. [11] Kyung-Min Yoon, Ki-Yeon Yang, Kyeong-Jae Byeon, Heon Lee, Enhancement of light extraction in GaN based LED structures using TiO2 nano-structures, Solid-State Electronics 54 (2010) 484–487. [12] http://public.itrs.net/ . [13] Stephen Y. Chou, Peter R. Krauss, Wei Zhang, Lingjie Guo, and Lei Zhuang, Sub-10 nm imprint lithography and applications, NanoStructure Laboratory, Department of Electrical Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455, (1997). [14] NICHIA Corporation, http://www.nichia.co.jp. [15] 王耀東, 液晶顯示器之直下型背光光學效能最佳化之研究, 元智大學機械工程學 系, (2004). [16] A. Zukauskas, M. S. Shur & R. Caska, Introduction to Solid-State Lighting, Wiley, New York, (2002). [17] E. Fred Schubert, Light-emitting diodes, Cambrige University Press, New York, (2003). [18] 嚴得綺, 以多孔氧化鋁粗化 LED 表面之研究, 國立成功大學微電子工程研究所.. 48.
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