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研究生: 謝憲明
Hsieh, Hsien-Ming
論文名稱: 以基板轉移技術應用於發光二極體以提升光汲取效率之研究
Light extraction enhancement for Light-Emitting Diodes by Wafer Transfer Technologies
指導教授: 趙煦
Chao, Shiuh
口試委員: 黃遠東
Huang, Yang-Tung
陳至信
Chen, Jyh- Shin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 光電工程研究所
Institute of Photonics Technologies
論文出版年: 2012
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 基板轉移發光二極體光子晶體
外文關鍵詞: Wafer Transfer, Light-Emitting Diodes, Photonic Crystal
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  • 發光二極體的光學耗損主要來自於各個介面折射率的不同,而造成全反射的問題。我們雖然提出了於藍寶石基板背面製作光子晶體,利用其對光線繞射的原理來避開空氣與氮化鎵介面的全反射問題,但是在藍寶石基板與氮化鎵的介面依然會有全反射的問題,限制了出光效率的提升。
    本論文提出一種製程,將布拉格反射鏡以及三維光子晶體等光學結構直接製作於氮化鎵上,我們使用基板轉移技術,選擇基板材質為藍寶石基板的氮化鎵磊晶片,使用基板黏合製程以及雷射剝離製程轉移基板,使氮化鎵層的背部裸露出來,直接於氮化鎵的表面製作光學結構。將光學結構由發光二極體基板的背部,移置氮化鎵與基板之間的位置,期望能達到增進發光二極體出光效率的效果。
    我們分別使用了四種黏著劑作為基板轉移製程的測試,發現Su-8 以及BCB這兩款黏著劑可以應用於基板轉移製程。我們使用Su-8作為黏著劑,進行基板轉移製程後,於氮化鎵層製作布拉格反射鏡進行後續的晶粒製程,製作出發光二極體並進行電性與發光特性的量測。
    之後我們改用性質更加穩定的黏著劑BCB,配合材質為SiNx的犧牲層,使用於基板轉移製程,同時也將高溫製程往前挪動至接合製程前,避免後續的高溫製程影響到黏著劑的接合力。配合對位式的雷射剝離製程使晶粒良率提升,再使用雷射干涉微影技術在氮化鎵表面製作二維週期性結構,將三維的自我複製式光子晶體製作於氮化鎵表面。


    摘要 i 致謝 ii 目錄 iii 圖目錄 vii 表目錄 viii 第1章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 發光二極體發光原理簡介 3 1.3 布拉格反射鏡 5 1.4 自我複製式光子晶體 6 1.5 基板轉移介紹 7 1.5.1 基板黏合 8 1.5.2 雷射剝離 9 第2章 實驗方法與流程 12 2.1 實驗規劃 12 2.2 實驗流程 14 2.3 實驗儀器 16 2.2.1 離子濺鍍機工作原理 16 2.4 量測儀器 18 2.4.1 光譜儀 18 第3章 於測試基板上製作布拉格反射鏡與鋸齒多層膜 20 3.1 單層Ta2O5 與SiO2薄膜材料沉積之特性研究 20 3.1.1 均勻度 21 3.1.2 折射率與消光係數 23 3.1.3 膜厚監控 28 3.2 製作布拉格反射鏡 32 3.2.1 使用光學模擬軟體設計膜厚 32 3.2.2 光譜儀量測結果 33 3.3 製作鋸齒多層膜 34 3.3.1 製作週期基板 34 3.3.2 使用離子束濺鍍系統製作鋸齒多層膜 36 3.3.3 調整鋸齒多層膜的厚度 39 第4章 基板轉移製程 43 4.1 以SU-8 與Metal bonding 進行二次基板轉換製程 46 4.1.1 以SU-8進行基板黏合 47 4.1.2 雷射撥離 52 4.1.3 晶粒製程 59 4.1.4 LED特性量測 61 4.1.4.1光度量的單位介紹以及量測 62 4.1.4.1 LED特性量測結果 65 4.2 以BCB 進行二次基板轉換製程 69 4.2.1 以BCB進行基板黏合 69 4.2.2 對位式雷射撥離 74 第5章 於轉換基板製作自我複製式光子晶體以及布拉格反射鏡 78 5.1 於轉換基板製作布拉格反射鏡 78 5.2 於轉換基板製作自我複製式光子晶體 82 5.2.1 雷射干涉微影 82 5.2.1 製作自我複製式光子晶體 86 第6章 結論與未來工作 89 6.1 結論 89 6.2 未來工作 90 參考文獻 91

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