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研究生: 梁致遠
Zhi-Yuan Lian
論文名稱: 次微米灰階氮化矽結構對發光二極體光型修整機制之研究
Modulating far-field patterns of LED byusing silicon nitride micro structures
指導教授: 伍茂仁
Mao-Jen Wu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 45
中文關鍵詞: 光型發光二極體氮化矽灰階
外文關鍵詞: LED, far-field patterns, gray level
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  • 在本篇論文中,我們利用次微米灰階週期性光柵結構和發光二極體 (light-emitting diodes LED) 整合,在發光二極體表面製作出次微米的週期性氮化矽膜灰階結構,近似陣列式的微光學元件,並且能夠對發光二極體的光型做調制。從分析與模擬的結果得知,利用此週期性結構可控制發光二極體的出光特性,由光型分析看出,我們能使LED出光集中在 ±30°的範圍,亦可使LED在±60° 的範圍均勻出光,因此,我們所提出的次微米灰階光柵結構,可有效的調制LED光型。
    我們製作結構尺度為次微米光柵,其週期為500 nm,線寬為200 nm,是利用電漿蝕刻等乾式蝕刻法製作出來,不需遷就晶體本身的晶格面,因此,經由設計蝕刻參數可使光柵的形狀做改變,並且可在次波長的尺度下製作出灰階的結構,能拓展灰階結構的應用面。由於灰階週期性光柵本身具有折射率漸變的性質,利用此特性,在微光學元件中,原本需要在結構上方或下方鍍上匹配膜層來修整頻譜,現在僅需利用灰階光柵即可達到類似效果,這對未來次微米結構的整合與設計亦具有更高的自由度與便利性。


    In our study, we modulate far-field patterns of LED by using silicon nitride micro structures. We use gray level structures as sub-micro optical elements array, and analyze the far-field patterns of LED modulated by silicon nitride sub-micro structures. From our analysis,we can concentrate far-field pattern intensity above 0.8 in ±30° or spread far-field pattern intensity uniformly above 0.8 in ±60° of LED.
    The purpose of structures is a micron scale, which period is 500 nm and the structures is 200 nm. The structures are etched by Inductively-Coupled-Plasma-Etching System. In our study, the purposed sub-micro silicon nitride gray-level grating can be realized. For the far-field patterns modulation of LED, the sub-micro structures can be integrated in array and fabricated on LED to extend the application of LED optical system.

    摘要 i Abstract ii 致謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 第一章 微光學元件在LED 上的應用1 1-1 現有的LED 出光調制方法1 1-2 研究動機5 第二章 次微米灰階結構修整LED 光型的設計與模擬方法7 2-1 陣列式微光學元件結構7 2-2 用幾何關係分析預測光型的修整9 2-3 利用FDTD 驗證光型的方法13 第三章 微光學元件應用在LED 光形修整的設計16 3-1 定義模擬的參數16 3-2 陣列式光學元件的模擬與分析18 3-3 次微米結構對發光二極體的光學特性與分析22 3-4 灰階結構對光型強度的分析30 第四章 灰階次微米結構的製作與分析32 4-1 灰階氮化矽光柵製程環境32 4-2 週期性灰階光柵製程設計34 4-3 灰階光柵蝕刻參數與流程圖37 4-4 灰階氮化矽膜蝕刻結果39 4-5 蝕刻結果與討論42 第五章 模擬與製程的結論43 參考文獻45

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