直接金屬轉印技術應用於奈米圖案化藍寶石基板與提升發光二極體的發光效率

成大研發快訊 - 文摘 成大研發快訊 第十七卷 第三期 - 2011年二月十一日 [ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20110211/4.html ]

直接金屬轉印技術應用於奈米圖案化藍寶石基板與提升

發光二極體的發光效率

李永春

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謝易達

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鎵_{層與量子井層在藍寶石基板(氧化鋁晶體)上構成;由於所產生的光子會因為層與層}

之間的全反射而侷限於二極體內，因此出光效率不高；為解決此一問題，工業界早 已採用圖案化藍寶石基板作為發光二極體的基板，亦即在藍寶石基板表面佈值微米 或奈米等級的結構，以破壞光的全反射來增加發光二極體的出光效率。目前業界主 要採用黃光微影製程與離子偶和電漿蝕刻 (Ion Coupled Plasma Etching, ICP Etching) 來完成圖案化的藍寶石基板，此一方法的缺點是所得到的微結構大小約在2~3 μm， 同時由於ICP蝕時光阻對藍寶石基板的蝕刻選擇比不高，所得的微結構深寬比有限。雖然許多研究已經指 出：次微米甚至奈米等級的圖案化藍寶石基板與更高的結構深寬才能獲致更高與最佳的發光二極體出光效 率，但是目前LED產業仍然缺乏大面積、低成本、高良率的次微米與奈米等級圖案化藍寶石基板的製程。 本研究提出一種新型式的直接金屬轉印技術，如圖一所示。其基本原理係先將一層薄金屬層塗佈於一具有 次微米或奈米等級結構的模仁之上，再以接觸轉印與加壓加溫的方式，將圖形化的薄金屬層轉印於藍寶石 基板上；轉印後的圖形化金屬薄膜，可以做為離子偶和電漿蝕刻藍寶石基板時的遮罩；因此可以輕易得到 次微米或奈米等級的結構。因為金屬對藍寶石基板具有較高的蝕刻選擇比，此一方法可以同時增加圖案化 藍寶石基板的結構深寬比。圖二左所示為使用此一直接金屬轉印技術在 2” 藍寶石基板上佈植各種不同尺 寸的金屬圖形，再經過離子偶和電漿蝕刻藍寶石基板後，即得到如圖二右所示的表面結構。此一新型的直 接金屬轉印技術，也可以應用於AlGaInP 四元的紅光發光二極體，如圖三左所示，可以在AlGaInP 四元紅 光LED上的最表面透光層，蝕刻出不同大小尺寸的孔洞，這些陣列式孔洞，可以增進LED的發光效率，如 圖三右所示；當使用最小的 400 nm 孔洞陣列時，AlGaInP LED 的出光效率增加了約 23 %。 1 of 3

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圖(一)、新型式的直接金屬轉印技術應用於奈米圖案化藍寶石基板。

圖(二)、左圖為使用直接金屬轉印技術在 2”藍寶石基板上佈植的金屬圖形，經過離子偶和電漿蝕刻藍寶石 基板後，即得到右圖的表面結構。

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圖(三)、直接金屬轉印技術應用於AlGaInP 四元紅光發光二極體；圖左為在AlGaInP LED最表面的透光層蝕 刻出不同大小尺寸的孔洞，圖右表示不同大小的孔洞陣列如何增加AlGaInP LED 的出光效率。