N型氮化鎵的表面粗化對thin-GaN LED之光性研究｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	許德志 Te-Chih Hsu
論文名稱：	N型氮化鎵的表面粗化對thin-GaN LED之光性研究 Surface roughening on n-GaN surface and its effect on lighting performance of thin-GaN LED
指導教授：	劉正毓 Chen-yi Liu
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程與材料工程學系 Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	42
中文關鍵詞：	粗化、發光二極體、光輔助化學濕蝕刻法、氮化鎵
外文關鍵詞：	photo-enhance chemical wet etching method, LED, GaN, Roughening
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在氮化鎵（GaN）系列的發光二極體（LED）中，在N型氮化鎵表面進行粗化對於光萃取的增加有很重要的影響。現在，光輔助化學濕蝕刻法（photo-enhance chemical wet etching method）已被證實可以有效的粗化N型氮化鎵表面，且會形成規則的六面體形狀。
我們使用氫氧化鉀溶液（KOH）當作PEC的蝕刻液去蝕刻N型氮化鎵表面。實驗細節將在這次報告中說明。在此研究中，不同的蝕刻濃度，濃度越濃，反應越快；不同的蝕刻時間，隨著時間的增加，角錐的大小會變大、GaN的厚度會減少、角錐覆蓋率增加；對於光強度的增加經由實驗應證跟角錐覆蓋率的提升有一定的關係。

Texture on n-GaN surface is an important issue to improve the light extraction for GaN-based LEDs. Currently, using photo-enhance chemical etching (PEC) has been proven to be an efficient method to roughen the n-type GaN surface. Regular pyramids would form on the n-GaN surface. We use KOH solution to be the etching solution of PEC process.
The detail results will be reported in this study. In this study, as the concentration of etch solution increasing, the etching reaction will be faster; as the etching time increasing, the size of the pyramid will become larger, the depth of GaN film will be reduced and the cone coverage will raise; the cone coverage raise is the key factor for the enhancement of the light intensity.

中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i
英文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ii
致謝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯iii
目錄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯v
圖目錄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ viii
第一章 序論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1
第二章 文獻回顧………………………………………………………..3
1 LED效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3
1.1內部量子效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
1.2萃取效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
1.3 外部量子效率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4
2全反射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 5
2.1原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
2.2應用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
3光輔助化學濕蝕刻法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7
3.1前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
3.2原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
3.3應用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 10
第三章 研究方法與步驟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
1試片製備⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
1.1 晶圓結構⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
1.2晶片的製作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 12
1.3晶片的粗化………………………………………………………..15
第四章 結果與討論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
1在光輔助濕蝕刻法下GaN的表面變化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
2在相同蝕刻濃度下，不同蝕刻時間下GaN的變化⋯⋯⋯⋯⋯⋯20
2.1不同蝕刻時間下GaN的表面變化……………………………….21
2.2不同蝕刻時間下GaN的角錐側面變化…………………………23
2.3不同蝕刻時間下GaN film的厚度變化………………………….24
3 在不相同蝕刻濃度下且不同蝕刻時間下GaN的變化⋯⋯⋯⋯ 26
4 在相同蝕刻濃度下，不同蝕刻時間下粗化對光的影響………….30
4.1 不同蝕刻時間下GaN表面的變化………………………………31
4.2 不同蝕刻時間下GaN表面粗化對於EL的影響……………….32
4.3 不同蝕刻時間下GaN表面粗化對於光強度的影響……………33
4.4 蝕刻時間對光強度關係的探討…………………………………34
4.5 蝕刻時間對飽和電流關係的探討………………………………37
第五章 結論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40
參考文獻………………………………………………………………..41

                                

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