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• 何謂 LED• GaN 半導體材料之物理意義• LED 結構以及該層相關分析• LED上游之磊晶製程技術• 總結• 參考資料

目錄

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何謂 LED

• 發光二極體  (Light-Emitting Diode， LED）是一種能發光的半導體電子元件，透過三價與五價元素所組成的複合光源。

• 自從 1993年日亞化學藍光之父中村修二開發出波長 450 nm亮度 1000 mcd氮化鎵藍光二極體，從此發光二極體更與人們生活緊密結合。例如 :戶外看板、交通號誌、汽車煞車燈等。

Eg

1240 (nm)

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GaN 半導體材料之分析

直接能隙半導體 間接能隙半導體5

輻射複合 非輻射複合

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LED 結構以及該層相關意義

提供電洞

提供電子

MQW 發光層

緩衝層

藍寶石基板

n-GaN

Sapphire

buffer layer

In0.25Ga0.75N/GaN

Doping Mg p-AlGaN

Doping Mg p-GaN

n-contact

Doping Si n-GaN

ITO

p-contact

電流散佈層

Chip size ： 300 x 300 μm2

EBL 電子阻擋層

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Sapphire

Sapphire

• 成分： Al2O3

• 厚度約 300~400um(研磨後 )

• 升溫至 1150 ℃-清除不必要的表面髒汙

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Buffer Layer

Sapphire

buffer layer

•成分 :AlN或 GaN

•厚度約 30nm

•成長溫度約 480~550 ℃

•容易跟 Sapphire晶格匹配

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資料來源 : SemiconductorTODAY

N-GaN

Sapphire

buffer layer

Doping Si n-GaN

•成分 :GaN摻 si

•厚度約 500nm~600nm

•成長溫度約 1050 ℃

•PN接面的 N極•提供電子 (GaN五價 +Si四價 =9價，多一顆電子 )

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Multiple Quantum Well

•成分 :InGaN/GaN (well/barrier)

•總厚度約 50nm (看做幾對 )

•成長溫度約 850 ℃

•使電子電洞更容易侷限在主動區增加複合機率

Sapphire

buffer layer

Doping Si n-GaN

In0.25Ga0.75N/GaN

barrierwell

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熱平衡下之 LED 能帶圖

偏壓下之 LED 能帶圖 12

Sapphire

buffer layer

Doping Si n-GaN

MQW

Doping Mg p-AlGaN

Electron Blocking Layer

•成分 :p-AlGaN摻鎂•成長溫度約 950 ℃

•摻 Al後位障會變高使電子較不會 overflow

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P-GaN

•成分 :GaN摻Mg

•厚度約 100nm~150nm

•成長溫度約950~1120 ℃

•PN接面的 P極•提供電洞 (GaN五價+Mg二價 =7價，多一顆電洞 )

Sapphire

buffer layer

Doping Si n-GaN

MQW

Doping Mg p-AlGaN

Doping Mg p-GaN

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n-GaN

Sapphire

buffer layer

MQW

EBL

Doping Mg p-GaN

Doping Si n-GaN

ITO

Transparent conductive layer

•成分 :氧化銦錫

•硬度高•高電子傳導率•低光吸收係數•大面積鍍膜製程容易•蝕刻製程容易•受環境影響小

Indium Tin Oxide

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LED 上游之磊晶技術• 目前 LED磊晶之機台都以 (Metal Oxide Chemical Vapor Deposition)MOCVD為主，圖為相關原理。

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參考資料

• 南台科大機械工程系http://elearning.stut.edu.tw/m_facture/Nanotech/Web/ch3.htm

• 蝕刻技術http://elearning.stut.edu.tw/m_facture/ch9.htm

• 晶元光電

• 臺灣師範大學機電科技學系 - 製程技術http://mems.ie.ntnu.edu.tw/document/class

• 鍍膜技術http://me.csu.edu.tw/swl/non/ch8-2/ch8-2.pdf

• 維基百科

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