國立成功大學「邁向頂尖大學計畫」
延攬優秀人才工作報告表
NCKU’s “Aim for the Top University Project”
Work Report Form for Distinguished Scholars
□續聘continuation of employment √□離職resignation
100 年 7 月 13 日更新
受聘者姓名
Name of the Employee 朱駿 √男 女
Male Female
聘 期 Period of Employment
from 101 年(y) 8 月(m) 1 日(d) to 101 年(y) 8 月(m) 31 日(d) 研究或教學或科技研發與
管理計畫名稱 The project title of research,
teaching, technology development and management
四元 InAlGaN 之磊晶成
長與光電元件之研製
計畫主持人
（申請單位主管）
Project Investigator (Head of Department/Center)
張守進
補助延聘編號
Grant Number HUA101-22T-20-460
一、研究、教學、科技研發與管理工作全程經過概述。（由受聘人填寫）
Please summarize the entire research, teaching, or science and technology R&D and management work process (To be completed by the employee)
高亮度 GaN/InGaN 基的發光二極體（Light Emitting Diode, LED）因其具有低能耗，
長壽命，小體積等優點，已被廣泛應用於交通信號燈，液晶顯示器背光源，以及固態照 明等領域。雖然經過近些年來科研人員的不斷努力，LED 的發光強度被顯著提升。但是現 在市場上 LED 的價格仍然較高，特別是在固態照明領域，其高價格阻礙了其廣泛應用，
降低其價格的的一個有效方法就是進一步提升 LED 的亮度，即其發光效率。LED 的發光 效率由外量子效率（External quantum efficiency, EQE）決定，EQE 在數值上等於內部量 子 效 率 （ Internal quantum efficiency, IQE ） 與 光 萃 取 效 率 （ Light extraction efficiency, LEE）的乘積，所以要提高現在 LED 的發光效率，就要從提升 IQE 與 LEE 著手。對 GaN 基 LED 的 IQE 有影響的主要是外延晶片中高位錯密度（ dislocation density, 可達 109- 1012cm-2）、量子阱中的強壓電場、以及 p 型 GaN 中的低空穴濃度等。由於大尺寸 GaN 晶體 的生長困難與價格昂貴，現在市售的 GaN 基 LED 都是用 MOCVD 的方法異質外延生長於 人造藍寶石（Sapphire）基底之上，藍寶石（Al2O3）與 GaN 間的晶格失配與熱膨脹係數 的不一致，造成生長的 GaN 中存在較大的位元錯密度與壓應力，這些缺陷不僅成為非輻 射複合中心，影響 IQE，而且成為漏電流的通道，影響 LED 的電性能。對 LEE 的影響因 素主要來自於 GaN 的折射率較大，為 2.5，與空氣介面的出射臨界角約為 23 度，如不考 慮從側面與背面的出射光，從 LED 表面只有大約 4%的發光能夠出射。
現在對 GaN 基 LED 的發光效率改善的方法，主要包括過對其藍寶石基片、u-GaN 或 n-GaN 層、表面層（包括表面透明電極 ITO 及 p-GaN）與側面進行處理，或者在磊晶時增
加一些應力釋放層等來實現。在藍寶石基片上形成不同形狀的圖案（Pattern），既可以降 低 GaN 層中的位元錯密度，又由於光反射面的增加，使光萃取效率也有一定程度的提 高，最終增加 EQE，這種改善 LED 光輸出效率的方法已被商業應用。對 u-GaN 或者 n- GaN 的 處 理 ， 包 括 進 行 離 子 注 入 ， 再 進 行 外 延 側 向 生 長 （ Epitaxial Laterally
1
Overgrowth），對 n-GaN 進行化學腐蝕形成粗糙面後再生長，在 u-GaN 或者 n-GaN 形成 氧化矽或氮化矽圖案後再生長等方法進行。LED 光輸出效率的提高主要來自于再生長後缺 陷密度的下降，使 IQE 增加，同時光散射機率的也可能增加並導致 LEE 有一定程度的增 加，最終使 LED 的發光強度增大。這種方法最大的缺點是 MOCVD 生長過程被中斷，不 僅導致技術成本增加，而且成品率降低。前兩方法都可以同時提高 IQE 與 LEE，而對表面 及側面的處理一般只能對 LEE 有所改善。通過各種物理與化學的方法，對 LED 的表面及 側面進行粗化，可以增加光出射機率，提高 LED 的發光強度，這種方法遇到的主要問題 是可能造成 LED 電學性能的下降，特別是物理方法粗化表面時，對漏電等的影響尤為明 顯。總之，各種提高 LED 的發光效率，必須做到不影響 LED 的其它性能，工藝成本低，
才可能商業應用。
在表面粗化工藝中，一種較簡單的方法的是降低 p-GaN 的生長溫度，自然形成粗糙 的表面，提高 LEE，但這種方法的不利之處是降低了 LED 的漏電、抗靜電性能。受聘人的 工作是將這種低溫生長工藝，移植到 u-GaN 與 n-GaN 之間，這樣產生一層表面有凹坑
（Pit）結構中間層，使後面的 n-GaN 層的位元錯密度下降，增加 IQE。並且在低溫生長層 與後面的 n-GaN 間形成一定數量的空洞，這樣也可以在一定程度上提高光散射機率，增 加 LEE。這種生長工藝，具有不中斷 MOCVD 生長過程、工藝成本較低廉等優點，同時增 加了 IQE 與 LEE，最終使 LED 的發光強度增加。
具體 LED 的磊晶過程為：在正常 Sapphire 基底上，先在 550 °C 生長一層厚度為 30 nm 的成核層，接著在 1100 °C 生長厚度為 2 um 的 u-GaN 層，降溫至 820 或者 880 °C，生 長一層厚度為 500 nm 的低溫 n-GaN 層，再降溫到 800 或者 860 °C 生長一層 100 nm 厚的 u-GaN 緩衝層（緩衝層的生長溫度比低溫 n-GaN 層低 20 °C），接著按正常 LED 的生長 方法，進行 n-GaN 層，多層量子阱層(MQWs)，電子阻擋層(EBL)，p-GaN 層的生長。最後 進行 LED 的制程，並測試其光、電性能，並與正常製備的 LED 的光電性能進行比較，研 究在兩個不同溫度下製備的低溫 n-GaN 層對 LED 的光電性能的影響。該工藝是用低溫生 長的方法，代替電化學腐蝕的方法形成多孔狀 n-GaN 層，優點是不需要中斷 MOCVD 的 生長，磊晶一次完成，其它制程工藝與傳統 LED 完全一樣，工藝簡單，對製備成本的增 加有限。並可以同時增加 IQE 與 LEE，達到增加 LED 的亮度的目的。由於這種粗化的處理 是在 n-GaN 層之下，所以不會對 LED 的漏電、正向電壓以及抗靜電等電學性能產生明顯 影響，從而具備較好可實用性。
受聘期間，主要工作為調研該領域最近發展狀況，提出工作設想，熟悉儀器設備，
並進行磊晶工作。在一個月的工作中，已按上面的工作設想完成磊晶工作，但因時間原因 與設備原因，後續制程工作還未能進行，LED 的結構測試、光電性能的測試工作也還未能 進行。待這些工作完成後，進行相關論文撰寫或專利申請工作。
在受聘一人月的工作期間，還參與電機系張守進教授科研組、光電所賴偉志教授的 科研組的研究工作，利用受聘人以及在奈米材料、功能材料待領域的研究經驗，對研究 小組的研究工作提出一些有益的建議與協助。
2
二、研究或教學或科技研發與管理成效評估（由計畫主持人或單位主管填寫）
Please evaluate the performance of research, teaching or science and technology R&D and management Work: ( To be completed by Project Investigator or Head of Department/Center)
(1)是否達到延攬預期目標？
Has the expected goal of recruitment been achieved?
已達到延攬預期目標。
(2)研究或教學或科技研發與管理的方法、專業知識及進度如何？
What are the methods, professional knowledge, and progress of the research, teaching, or R&D and management work?
研究過程已進行了LED 的磊晶工作，后續制程工作正在進行。
(3)受延攬人之研究或教學或科技研發與管理成果對該計畫(或貴單位)助益如何？
How have the research, teaching, or R&D and management results of the employed person given benefit to the project (or your unit)?
受延攬人首先是在藍光LED 研究領域進行了一些嘗試性的研究工作，該工作已完成前期磊晶部 分；其次受延攬人利用其在奈米材料與功能材料領域的研究經驗，對我們的研究工作提供了一些有 益的建議與協助。
(4)受延攬人於補助期間對貴單位或國內相關學術科技領域助益如何？
How has the employed person, during his or her term of employment, benefited your unit or the relevant domestic academic field?
受延攬人於補助期間提出了一種工藝簡單可行的增強LED 發光效率的方法，具體實驗研究工作正 在進行中，由于受延攬人在奈米功能材料的制備、結構與特性研究方面有較為豐富的研究經驗，也 對我們在這方面的研究工作提供一些有益的協助與意見。
(5)具體工作績效或研究或教學或科技研發與管理成果：
Please describe the specific work performance, or the results of research, teaching, or R&D and management work:
由於延攬時間較短，僅為一個月，研究工作還在進行之中，具體工作績效待研究工作完成后，發表 論文或申請專利。
(6)是否續聘受聘人? Will you continue hiring the employed person? □續聘Yes √□不續聘No
※此報告表篇幅以三～四頁為原則。This report form should be limited to 3-4 pages in principle.
※此表格可上延攬優秀人才成果報告繳交說明網頁下載。
This report form can be downloaded in http://scholar.lib.ncku.edu.tw/explain/
3
