具有銅基板之磷化鋁銦鎵發光二極體的製作

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蔡曜駿(Yao-Jun Tsai) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

具有銅基板之磷化鋁銦鎵發光二極體的製作
(Fabrication of AlGaInP Light Emitting Diodes on Cu substrates)

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摘要(中)

因為AlGaInP系列的高亮度紅、黃光發光二極體，其基板都必須使用晶格相匹配又可以拉單晶的GaAs半導體，而GaAs本身會吸收紅、黃光又有散熱性不佳的缺點。為了（1）解決散熱問題：使發光二極體能夠承受更高的電流與增加內部量子效率。（2）改善GaAs基板吸光問題，使發光二極體增加外部量子效率。我們在本論文裡嘗試用新方法製作具有銅基板的高反射面鏡發光二極體。
我們在實驗裡提出了兩種嶄新的製作方法來製作具有銅基板的高反射面鏡發光二極體。第一種是從磊晶上面著手，來製作不需要加熱步驟就可以形成歐姆接觸的銅基板發光二極體；而第二種則是承接第一種的概念，然後再藉由改變製程，使得可用加熱的方法來製作出平整且不破裂的銅基板高功率發光二極體。
實驗中，在以第一種方法製作銅基板發光二極體時，靠著光阻蝕刻阻擋層的引入，我們成功的製作出大面積且平坦的銅基板發光二極體；從第二種方法，我們靠著低溫金屬、低熱膨脹係數、高蝕刻選擇比、晶片鍵合、暫時基板等技術的互相搭配，也同樣獲得大面積且平坦的銅基板發光二極體。而再藉由加熱的步驟，我們成功獲得了低正向電壓、低總電阻與低耗能的銅基板發光二極體。

關鍵字(中)

★ 磷化鋁銦鎵
★ 高功率
★ 銅基板
★ 發光二極體

關鍵字(英)

★ LED
★ AlGaInP
★ Cu substrates
★ high power

論文目次

第一章導論………………………………………………………1
1.1 發光二極體之文獻回顧…………………………………1
1.2 AlGaInP高功率發光二極體的發展現況………………2
1.3 本實驗之創新………………………………………………3
第二章實驗原理和實驗裝置………………………………………8
2.1 發光二極體（Light-Emitting Diode）之相關理論………………8
2.1.1 LED發光的基本原理………………………8
2.1.1.1 直接能隙……………………………………8
2.1.1.2 發光二極體（Light-Emitting Diode）……………9
2.1.2 歐姆接觸……………………………………………10
2.1.2.1 理想的非整流障礙………………………………10
2.1.2.2 穿隧能障……………………………………12
2.1.3 熱效應對LED所產生的影響………………………13
2.2 實驗裝置………………………………………………………15
2.2.1 e-gun蒸鍍之基本原理………………………………15
2.2.1.1 真空與薄膜沉積的關係……………………15
2.2.1.1.1 氣體分子平均自由路徑與「散射」關係…15
2.2.1.1.2 薄膜純度………………………………16
2.2.1.2 電子槍蒸鍍之沉積理論……………………17
2.2.1.2.1 電子槍蒸鍍工作原理…………………17
2.2.1.2.2 薄膜沈積機制…………………………19
2.2.2 I-V量測系統………………………………………19
2.2.3 EL量測系統…………………………………………20
2.2.4 電鍍系統……………………………………………20
2.2.5 電漿輔助化學氣相沉積系統（PECVD）…………21
第三章以高濃度摻雜製作具有高反射面鏡的金屬基板發光二極體………………………………………………………………………32
3.1 前言…………………………………………………………32
3.2 製作流程……………………………………………………32
3.3 創新的LED結構………………………………………………34
3.4 透明導電膜的製作與量測…………………………………35
3.5 高反射金屬之製作與分析…………………………………36
3.5.1 紅黃光高反射金屬的選用…………………………36
3.5.2 反射膜的製作和熱穩定測試………………………38
3.5.3 鏡面金屬蒸鍍之討論………………………………39
3.6 金屬基板……………………………………………………40
3.6.1 銅基板的特性………………………………………40
3.6.2 電鍍銅基板…………………………………………42
3.7 GaAs吸光基板的移除與n-type電極製作…………………42
3-8 暫時基板的除去……………………………………………43
3.9 對照組的製作………………………………………………43
3.9.1 p-type、n-type歐姆接觸製作與量測………………44
3.9.2對照組的發光二極體製作…………………………44
3.10 實驗結果分析與討論……………………………………45
3.10.1 反射面鏡的選擇…………………………………45
3.10.2 移除砷化鎵基板的方法比較……………………46
3.10.3 此製程對發光波長的影響………………………46
3.10.4起始電壓Vf的改善方法…………………………47
第四章第二種創新的發光二極體製程………………………………63
4.1 前言…………………………………………………………63
4.2 電流散佈佳的垂直式高功率發光二極體製作方法…………63
4.2.1 製作流程……………………………………………63
4.2.2 防止In擴散到LED的阻擋層選擇………………64
4.2.3 暫時基板的特殊加工………………………………64
4.2.4 黏結金屬的選擇……………………………………65
4.3 此新製程的實驗結果分析與討論…………………………65
4.3.1 膜的平坦完整度……………………………………65
4.3.2 電流電壓特性（I－V）………………………………66
4.3.3 此製程對發光波長的影響…………………………66
4.3.4 電流散佈的比較……………………………………67
4.3.5 電鍍銅基板的平整問題討論………………………68
4.4起始電壓（Vf）的改善………………………………………68
4.4.1前言…………………………………………………69
4.4.2 製作流程……………………………………………69
4.4.3 SiNxHy和發光二極體表面因加熱所產生的問題……70
4.5 加熱500℃後的實驗結果討論與分析……………………70
4.5.1 電流電壓特性（I－V）………………………………70
4.5.2 膜的平坦完整度與改善方法………………………70
第五章結論……………………………………………………………84

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指導教授

許進恭、張正陽
(Jinn-Kong Sheu、Jeng-Yang Chang)

審核日期

2005-10-11

推文