黃建璋臺灣大學：光電工程學研究所謝旻諺Hsieh, Min-YannMin-YannHsieh2007-11-252018-07-052007-11-252018-07-052007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50879在氮化鎵發光二極體上製作表面粗化、表面結構、或光子晶體等來提升發光二極體之外部量子效率，一直都是很多團隊研究的目標。本文中提出一種自組成單層奈米粒子遮罩搭配ICP-RIE乾式蝕刻的製程方法在氮化鎵元件上面製作奈米級的表面結構，討論其對發光效率提升情形，並考慮不同尺寸奈米結構對發光效率的影響，藉此歸納出提升發光效率的設計方向。另外，在發光二極體元件上製作透明導電層ITO來增加電流傳導擴散為目前業界很普遍的情形，本文亦嘗試在透明導電層ITO上製作表面奈米結構，並探討其對發光效率的提升情形。 一維的氮化鎵半導體材料奈米結構，如奈米柱、奈米線、奈米管等，不管在基礎物理研究或新科技應用上更是被寄予高的期望。本文採用由上而下製程(Top-down process)來製備高密度、高均勻性的氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井奈米柱發光二極體，量測其光激發光頻譜(PL)，發現此種高密度、高均勻性的氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井奈米柱發光二極體有一個相當寬頻帶的黃放光(yellow luminescence)現象。In this paper, we present a novel method to fabricate textured GaN-based LEDs using a SiO2 nano-mask and ICP dry etching. The SiO2 nano-particles are placed on top of the p-type layer simply by spin-coating or immersion. The optical output power of a surface textured LED is 1.4 times higher than that of a conventional LED (a LED without surface textured). In addition, the current-voltage (I-V) curve of the textured LED is nearly the same as that of a conventional LED, which implies that the fabrication process greatly improves light extraction efficiency without damaging the electrical properties of the LED material. One-dimensional nanostructures, such as nanotubes, nanowires, and nanorods, of GaN-based nitride semiconductors are known to have great prospects in fundamental physics and novel technological applications. However, fabrication and characterization of well-ordered nanostructures with high density are very important for the practical device applications. In this paper, we present InGaN/GaN MQW nanorod LEDs. From photoluminescence measurements, we observed a blue shift of the peak wavelength and a broad band yellow luminescence in the nanorod LED samples.目錄 第一章 緒論 1-1 前言.................................................1 1-2 研究動機.............................................2 參考文獻................................................3 第二章 氮化鎵發光二極體元件結構與製程 2-1 製程儀器簡介.........................................5 2-2 氮化鎵發光二極體結構.................................7 2-3 發光二極體元件製作流程...............................9 2-4 氮化鎵發光二極體表面奈米結構製作流程................12 參考文獻...............................................16 第三章 表面奈米結構氮化鎵發光二極體元件特性 3-1 簡介................................................17 3-2 表面奈米結構氮化鎵發光二極體發光效率探討............19 3-3 表面奈米結構尺寸效應................................22 3-4 具表面奈米結構透明導電層ITO之發光二極體特性........27 參考文獻...............................................32 第四章 氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井奈米柱發光二極體 4-1 簡介................................................33 4-2 氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井奈米柱發光二極體製程.......34 4-3 奈米柱發光二極體特性討論............................36 參考文獻...............................................41 第五章 結論與未來展望 5-1 結論與未來展望......................................43 圖目錄 圖2-1 本文所採用的氮化鎵發光二極體結構圖................8 圖2-2 本文所採用的氮化鎵發光二極體PL圖...................8 圖2-3 微影及ICP-RIE乾蝕刻流程示意圖...............11 圖2-4 正負電極製程示意圖......................11 圖2-5 氮化鎵表面單層二氧化矽奈米粒子遮罩SEM圖...........13 圖2-6 氮化鎵表面奈米結構製作過程.......................14 圖2-7 製程完成後氮化鎵表面奈米結構SEM圖................15 圖3-1 全反射造成氮化鎵發光二極體之低外部量子效率.......18 圖3-2 表面奈米結構氮化鎵發光二極體元件示意圖..........20 圖3-3 發光二極體元件發光效率比較......................20 圖3-4 發光二極體元件電激發光頻譜(EL)比較圖..............21 圖3-5 發光二極體元件的I-V量測結果......................21 圖3-6(a) 20nm單層奈米粒子遮罩於氮化鎵表面SEM圖..........24 圖3-6(b) 50nm單層奈米粒子遮罩於氮化鎵表面SEM圖..........24 圖3-6(c) 100nm單層奈米粒子遮罩於氮化鎵表面SEM圖.........25 圖3-7 採用的P型金屬電極layout設計.....................25 圖3-8 不同奈米表面結構元件的發光效率比較................26 圖3-9 元件在20mA下量測到的電激發光頻譜(EL)比較結果.......26 圖3-10(a) 璨圓光電提供的氮化鎵發光二極體結構圖........28 圖3-10(b) 發光二極體元件的上視圖......................28 圖3-11(a) 發光二極體元件發光效率比較...................29 圖3-11(b) 發光二極體元件I-V特性比較....................29 圖3-12(a) 元件Radiation pattern之比較結果(極性座標).....30 圖3-12(b) 元件Radiation pattern之比較結果(線性座標)......30 圖3-13 固定電流20mA下量測到的電激發光頻譜(EL)比較結果....31 圖4-1 氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井奈米柱發光二極體製程.....35 圖4-2(a) 蝕刻1分鐘後的奈米柱結構15000倍SEM圖...........38 圖4-2(b) 蝕刻1分鐘後的奈米柱結構60000倍SEM圖...........38 圖4-3(a) 蝕刻2分鐘後的奈米柱結構20000倍SEM圖...........39 圖4-3(b) 蝕刻2分鐘後的奈米柱結構40000倍SEM圖...........39 圖4-4(a) 蝕刻1分鐘後的奈米柱PL量測結果...................40 圖4-4(b) 蝕刻2分鐘後的奈米柱PL量測結果...................403724623 bytesapplication/pdfen-US氮化鎵表面奈米結構發光二極體GaNSurface texturedLEDthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50879/1/ntu-96-R93941044-1.pdf