以a-plane與r-plane線狀圖形化藍寶石基板成長GaN 發光二極體之研究

Abstract

由於一般發光二極體內部磊晶層為極性c面氮化鎵，在如此結構下使得元件勢必會產生內建電場，進而影響內部量子效率。故本研究製作a面與r面的圖形化藍寶石基板(Patterned Sapphire Substrate，PSS)，接著進行LED結構磊晶並期許在基板上成長出非極性或半極性的氮化鎵晶面。 在a面圖形化藍寶石基板的實驗中，經乾加濕蝕刻的方式製作出的基板，經磊晶後發現表面非常粗糙無法進行後續LED元件製作。而乾蝕刻製作的基板(DPSS)經磊晶後，由XRD、TEM與EPD的結果顯示，氮化鎵磊晶品質大幅提升，但仍為c面之晶面。而在光輸出功率部分與拋光片(Planar)基板相比提升59.6%，這項結果主要是由於PSS可同時提升內部量子效率與光取出效率的緣故。 在r面圖形化藍寶石基板的實驗中，成功利用乾加濕蝕刻的方式製作出具有c-plane like側壁之圖形化藍寶石基板。磊晶後經XRD、TEM的結果顯示，氮化鎵具有兩種結晶平面，一為從平台成長出來且磊晶品質較差的非極性晶面(11-20)GaN I，另一為從c-plane like側壁成長且磊晶品質較好的半極性晶面(11-22)GaN II 。而半極性晶面(11-22)有較好的磊晶品質，主要由於從側壁成長之後有較大的側向成長區域 ，使得內部缺陷密度減少。