跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.210.83.132) 您好!臺灣時間:2024/05/22 22:41
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:牛振儀
研究生(外文):Niu, Chen-Yi
論文名稱:藉著電漿處理濕式蝕刻圖案化藍寶石基板提升氮化鎵發光二極體之效能
論文名稱(外文):Improving GaN-based LED performance by plasma treated wet-etched pattern-sapphire-substrates
指導教授:吳耀銓92
指導教授(外文):Wu, Yew-Chung
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:材料科學與工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:發光二極體圖案化藍寶石基板電漿處理氮化鎵乾蝕刻
外文關鍵詞:LEDpatterned sapphire substrateplasma treatmentGaNdry etching
相關次數:
  • 被引用被引用:4
  • 點閱點閱:510
  • 評分評分:
  • 下載下載:55
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:4
製造圖案化藍寶石基板( patterned sapphire substrate,PSS )的方式中,由於設備價格較低以及單次產量較高等優點,一般多選擇以黃光微影搭配濕式蝕刻的方式製造。然而濕式蝕刻會形成含有特定斜面的角錐,這些特定斜面會影響到後續的氮化鎵磊晶層,使得由斜面處成長的氮化鎵為閃鋅礦結構( zinblende structure ),這種結構與一般的氮化鎵結構 - 纖鋅礦結構( wurtzite )大相逕庭;同時也會在磊晶層產生不必要的孔洞,進而影響到其上成長的元件效率。
本實驗利用以BCl3為主的電漿處理已經由濕式蝕刻所形成的圖案化藍寶石基板,藉由自由基 - BCl與藍寶石基板表面反應,降低斜面磊晶的機會,並觀察於其上成長發光二極體( light emitting diode,LED )元件後的效率改善。LED電性結果顯示,經由電漿處理後的圖案化藍寶石基板 – LED-DWPSS I 、 LED-DWPSS II具有較佳的光輸出效率:在固定電流350mA下,LED-WPSS、LED-DWPSS I ( 電漿處理300秒 )、LED-DWPSS II ( 電漿處理600秒 )的輸出功率分別為425.5 mW、437.6 mW 以及453.8 mW。相較於LED-WPSS、LED-DWPSS I,較長電漿處理時間的LED-DWPSS II 可分別提升6.7% 與3.7%的光輸出功率。
此外,由PL、XRD、EPD等分析可得知,藉由電漿處理於PSS基板上,可有效改善其上的發光主動層、氮化鎵層的磊晶品質,減少穿隧性差排的數量。藉由TEM觀察於圖案化藍寶石基板上的磊晶層,可看出DWPSS II上的差排數量變少;藉由STEM觀察於圖案化藍寶石基板中的角錐斜面,可看出DWPSS II上的氮化鎵晶粒變小、數量變少。顯示利用電漿處理由濕式蝕刻所形成的圖案化藍寶石基板,可有效降低其斜面磊晶的機會,改善元件效率。

In choosing the way to fabricate patterned sapphire substrate ( PSS ), standard photolithography and wet-etching are preferred process is because of their lower cost, higher throughput than dry-etching process. However, several facets ( sidewalls ) on PSS formed by wet-etching are observed, and these facets will influence the structure of the subsequent GaN epitaxy layer. Instead of normal wurtzite GaN, a disparate zincblende GaN has been found on these facets. Meanwhile, irregular voids have been found in the GaN epitaxy film during the GaN coalescence process. All of the above situations will affect the efficiency and performance of LED.
In this study, wet-etched patterned sapphire substrates were treated by BCl3-based plasma. Through the reaction between sapphire surface and BCl radicals, the opportunity of growth of GaN on sapphire sidewalls was changed. Also, the effect of BCl3-based plasma on the performance of LEDs was investigated.
The results of device measurement showed that the PSS with plasma treatment–LED-DWPSS owned improved output power. At 350mA, the output power of LED-WPSS、LED-DWPSS I ( plasma treatment time : 300 sec )、LED-DWPSS II ( plasma treatment time : 600 sec ) were 425.5 mW、437.6 mW and 453.8 mW, respectively. The output power of LED-DWPSS II was 6.7% larger than LED-WPSS, and 3.7% larger than LED-DWPSS I.
Besides, from the results of PL, XRD and EPD, we conclude that plasma treatment could improve the quality of MQW and GaN epi-layer, and reduce the number of threading dislocations as well. From TEM and STEM cross-section images of GaN film on substrate facets, we found that the number of dislocations on DWPSS II was reduced and the size of GaN grains decreased as plasma treatment time increased.
All of experimental results revealed that the additional plasma treatment could restrain the growth of GaN grains on facets on PSS and thus improved the performance of device.

中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 VII
圖目錄 IX
表目錄 XIII
第一章 緒論 1
1.1 發光二極體 1
1.2 發光二極體理論 3
第二章 發光二極體簡介 5
2.1 發光二極體介紹 5
2.2 發光二極體效率 7
2.2.1 内部量子效率 8
2.2.2 光取出效率 10
2.3 磊晶側向成長 12
2.4 圖案化藍寶石基板 14
2.4.1 濕式蝕刻 15
2.4.2 乾式蝕刻 18
第三章 電漿處理後的濕式蝕刻圖案化藍寶石基板之研究 22
3.1 研究動機 22
3.2 實驗流程 26
3.3 實驗結果與討論 29
3.3.1 乾蝕刻處理後的PSS表面形貌觀察 29
3.3.2 電性分析 30
3.3.3 内部量子效率 33
3.3.4 光激發螢光光譜儀( PL )分析 37
3.3.5 X光繞射分析( X-ray Diffraction,XRD ) 39
3.3.6 Etching Pits Density分析 43
3.3.7 穿透式電子顯微鏡( TEM ) 與掃描穿透式電子顯微鏡
( STEM )分析 47
3.3.8 氮化鎵成長階段示意圖 52
3.3.9 不同電漿處理下的氮化鎵成長比較 54
第四章 結論 60
參考文獻 61

[1] LEDinside August 2011,下修2011年高亮度LED產值預估為90億美元,LED電視背光產值年衰退18%,http://www.ledinside.com.tw/node/16609
[2] Research digitimes,http://www.digitimes.com.tw/tw/rpt/rpt_4.asp?CnlID=3
[3] 通訊台灣產業王,http://industry.teema.org.tw/comm/NewsContent.asp?id=2306
[4] 工業技術研究院 工研院電子報,http://www.itri.org.tw/chi/
[5] Semiconductor Today,http://www.semiconductor-today.com/
[6] http://www.sakma.com/index.php?page=el-led&hl=en_EN
[7] U. Lafont, H. v. Zeijl, and S. v. d. Zwaag.
Microelectronics Reliability, 52, 71 (2012)
[8] T. Fujii, Y. Gao, R. Sharma, E. L. Hu, S. P. DenBaars, and
S. Nakamuraa, Appl. Phys. Lett., 84, 855 (2004)
[9] S. J. Chang, W. S. Chen, Y. C. Lin, C. S. Chang, T. K. Ko, Y. P. Hsu, C. F. Shen, J. M. Tsai, and S. C. Shei, IEEE Trans. Adv. Packaging,
29, 403 (2006)
[10] J. H. Cheng, Y. C. Sermon Wu, W. C. Liao, and B. W. Lin, Appl.
Phys. Lett., 96, 051109 (2010)
[11] T. Nishinaga, T. Nakano and S. Zhang, Jpn. J. Appl. Phys., 27, L964 (1988).
[12] T.S. Zheleva1, W.M. Ashmawi, and K.A. Jones, Phys. Stat. Sol. (a), 176, 545 (1999).
[13] H. Miyake, A. Motogaito, and K. Hiramatsui, Jpn. J. Appl. Phys., 38, L1000 (1999).
[14] P. Fini, L. Zhao, B. Moran, and M. Hansen, H. Marchand, J. P. Ibbetson, S. P. DenBaars, U. K. Mishra, and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett., 75, 1706 ( 1999 ).
[15] H. Amano, N. Sawai, I. Akasaki and Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett., 48, 353 (1986)
[16] S. Nakamura. Japan, J. appl. Phys., 30, L1705 (1991).
[17] M. S. Yi, H. H. Lee, D. J. Kim, S. J. Park, D. Y. Noh, C. C. Kim, and J. H. Je, Appl. Phys. Lett., 75, 2187 (1999).
[18] J. N. Kuznia, M. A. Khan, D. T. Olson, R. Kaplan, and J. Freitas,
J. Appl. Phys. 73, 4700 (1993).
[19] K. Uchida, K. Nishida, M. Tadano and H. Munekata.
J. Cryst. Growth, 189–190, 270 (1998).
[20] P. Gibart, Rep. Prog. Phys., 67, 667 (2004)
[21] H. Marchand, X. H. Wu, J. P. Ibbetson, P. T. Fini, P. Kozodoy, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and U. K. Mishra, Appl. Phys. Lett., 73, 747 (1998)
[22] 蕭豐慶,藍寶石基板上圖案的形貌與其對氮化鎵磊晶成長的影響,國立交通大學碩士論文,75,民99
[23] 鄭季豪,高亮度發光二極體效能之提昇 - 針對雷射剝離損傷機制與圖形化藍寶石基板之研究,國立交通大學博士論文,55,民99
[24] C. H. Hsu, H. C. Lo, C. F. Chen, C. T. Wu, J. S. Hwang, Debajyoti Das, Jeff Tsai, L. C. Chen, and K. H. Chen, Nano Lett., 4, 471 (2004)
[25] C. H. JEONG, D. W. KIM, K. N. KIM and G. Y. YEOM,
Jpn. J. Appl. Phys., 41, 6206 (2002)
[26] D.W. Kim, C.H. Jeong, K.N. Kim, H.Y. Lee, H.S. Kim, Y.J. Sung and G.Y. Yeom, Thin Solid Films, 435, 242 (2003)
[27] C.H. Jeong, D.W. Kim, J.W. Bae, Y.J. Sung, J.S. Kwak, Y.J. Park and G.Y. Yeom, Mater. Sci. Eng., B93, 60 (2002)
[28] C.H. Jeong, D.W. Kim, H.Y. Lee, H.S. Kim, Y.J. Sung and G.Y. Yeom, Surf. Coat. Technol., 171, 280 (2003)
[29] S. H. Park, H. Jeon, Y. J. Sung, and G. Y. Yeom, Appl. Opt., 40, 3698 (2001)
[30] Y.P. Hsu, S.J. Chang, Y.K. Su, J.K. Sheu, C.H. Kuo, C.S. Chang
and S.C. Shei, Opt. Mater., 27, 1171 (2005)
[31] 張家豪,魏鴻文,翁政輝,柳克強,李安平,寇崇善,吳敏文,曾錦清,蔡文發,鄭國川,物理雙月刊,二十八卷二期,440,2006
[32] 龍柏華,何孝恆,光連雙月刊,五十三期,34,2004
[33] C. C. Pan, C. H. Hsieh, C. W. Lin and J. I. Chyi, J. Appl. Phys., 102, 084503 (2007)
[34] K. C. Shen, D. S. Wuu, C. C. Shen, S. L. Ou, and R. H. Horng,
J. Electrochem. Soc., 158, H988 (2011)
[35] P. W. Leech, J. Vac. Sci. Technol. A, 16, 2037 (1998)
[36] M. Nagashima, Y. Ueki, C. Sasaki, Y. Yamada, T. Taguchi, K.
Tadatomo, H. Okagawa and H. Kudo, Appl. Phys. Lett., 83, 4906
(2003)
[37] 謝嘉民,賴一凡,林永昌,枋志堯,奈米通訊,第十二卷第二
期,28,2005
[38] B. Heying, X. H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kapolnek, B. P. Keller,
S. P. DenBaars and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett., 68, 643 (1996)
[39] P. Visconti, K. M. Jones, M. A. Reshchikov, R. Cingolani and
H. Morkoc, Appl. Phys. Lett., 77, 22 (2000)
[40] K. Shiojima, J. Vac. Sci. Technol. B, 18, 37 (2000)
[41] H. Kazumi, R. Hamasaki, K. Tago, Jpn. J. Appl. Phys., 36, 4829 (1997)

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 王澤惠(1997)。臺灣大學運動代表隊選手運動目標取向與運動動機之研究。臺大體育學報,1,121-140。
2. 呂青山、林宗賢(2009)。大專第一級男子籃球選手運動目標取向與自信心來源之相關性研究。輔仁大學體育學刊,8,1-16。
3. 李京展、林耀豐(2010)。不同背景變項的桌球選手運動熱情及運動動機之研究。屏東教大運動科學學刊,6,93-115。
4. 李烱煌、季力康(2006)。目標取向和能力知覺對運動動機之預測。大專體育學刊,8(3),63-76。
5. 李烱煌、季力康、江衍宏(2005)。2×2成就目標和能力對運動動機之預測。臺灣運動心理學報,6,31-53。
6. 季力康(1997)。探討目標取向理論的發展觀點。中華體育季刊,10(4),87-93。
7. 卓國雄(1999)。探討教練、選手運動目標取向、選手所知覺得運動動機氣候與團隊 凝聚力之相關研究。中華體育季刊,13(3),13-20。
8. 邱宗志、蔣憶德、陳淑滿(2005)。輪椅籃球選手運動目標取向與自覺能力對競賽壓 力因應策略之影響。體育學報,38(1),89-102。
9. 何正峰、陳建利、陳光紫、王潔玲(2008)。桌球選手目標取向與知覺動機氣候對內在動機之影響。北體學報,16,49-57。
10. 何全進(2001)。教練領導行為、運動動機與滿意度之研究。教育科學期刊,1(2),99-117。
11. 何建德(2004)。女子籃球選手目標取向、運動員訓練能力與運動自信心來源之相關研究。大專體育學刊,6(1),109-120。
12. 林昌國(2008)。大專橄欖球選手參與橄欖球運動動機之研究。中華人文社會學報, 9,104-117。
13. 林孟逸、林連池(2001)。從運動動機談─運動樂趣概念之探討。大專體育,54,107-112。
14. 邱政鋒(2011)。曲棍球選手運動目標取向與運動自信心之研究。輔仁大學體育學刊,10,13-26。
15. 胡宗光(2010)。自主需求與資優生情意教育。資優教育學刊,115,32-39。