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

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梁致遠(Zhi-Yuan Lian) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

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)

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摘要(中)

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。

摘要(英)

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.

關鍵字(中)

★ 光型
★ 發光二極體
★ 氮化矽
★ 灰階

關鍵字(英)

★ LED
★ far-field patterns
★ gray level

論文目次

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

參考文獻

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S. Nakamura “ Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening ” Appl. Phys. Lett., Vol. 84, No. 6 ( 2004 )
【2】 Cathleen Rooman , Maarten Kuijk , Roger Vounckx , Paul Heremans “ Reflective-refractive microlens for efficient lightemitting-
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【3】 H. W. Choi, C. Liu, E. Gu , G. McConnell , J. M. Girkin, I. M. Watson, and M. D. Dawson “ GaN micro-light-emitting diode arrays with monolithically integrated sapphire microlenses ” Appl. Phys. Lett., Vol. 84, No. 13, ( 2004 )
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【5】 M.D.B. Charlton , M.E. Zoorob , T.Lee “ Photonic Quasi-Crystal LEDs : Design, modelling, and optimisation. ” SPIE Vol. 6486 64860R-1
( 2007 )
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指導教授

伍茂仁(Mao-Jen Wu)

審核日期

2007-10-1

推文