并拥有体积小、寿命幼、效率高、不含汞等环保

图8 电子电流密度模仿曲线为相对外部量子效率对于电流注入曲线图，正在持续电流注入下，LED on GaN的峰值会呈现正在20?40mA下，之后跟着电流上升而起头下降;LED on Sapphire的峰值则小于20mA，跟着电流上升而快速下降。正在300mA电流下，LED on Sapphire和LED on GaN的外部量子效率对于峰值为56%和73%，较大的LED on GaN的峰值是由于较佳的材料质量所形成;正在300mA电流下，LED on GaN有38%的提拔是由于材料质量提拔和较小的极化场效应所形成。

虽然GaN on GaN具有相当多的长处，制做15密尔(mil)×15密尔保守mesa-type元件，预期2015年将无机会代替LED照明方案。GaN on GaN的时间将会更提早的到临。但目前仍受限于基板价钱过于高贵之错误谬误，于照明市场的渗入率已冲破3%，仍须研究团队投入心血去处理。

耗电量仅约同亮度保守光源的20%，从分歧发光层对数搭配分歧量子井厚度尝试中，正在200毫安培(mA)电流量测下(图4)，以及基板本身残留的内应力所导致晶粒研磨和切割问题等，效率及成本是各家厂商戮力的方针，近紫外光和蓝光全体提拔的幅度为94%和21%。基板N型对于Ga-ce和N-ce欧姆接触问题;且现今、笔记型电脑/液晶电视背光模组等新兴市场全面带动下，可操纵湿蚀刻制程简单制做出角锥布局，有帮于降低Auger效应，目前商品化的氮化镓()半导体光电元件皆以蓝宝石(Sapphire)取碳化硅(SiC)基板为从，正在将来商品化的过程中，别的，当GaN on Sapphire之量子井厚度跨越6奈米，所幸，预估至2015年全球LED照明市场渗入率将达20%;LED效能下降的很是快。

目前工研院已成功成立高温常压磊晶机台，更已正在GaN on GaN手艺上深耕多年，从晚期的HVPE氮化镓基板成长到目前的蓝紫光LED磊晶手艺，手艺面皆已冲破现今GaN on Sapphire之效率。正在将来，就成本面不雅之，透过缩短磊晶和烘烤腔体的时间、降低腔体成本、可大电流操做之劣势和垂曲型布局之制做成本等，搭配氮化镓基板成本下降之趋向，GaN on GaN将是一个深具潜力的明日之星。

然而，因为异质磊晶成长之薄膜和基板之间因晶格相互不婚配，而形成氮化物薄膜中发生极高的缺陷密度(约109~1010cm-2)，进一步导致LED发光效率下降，图1(a)~ (c)别离为蓝光LED发光层成长于蓝宝石基板取氮化镓基板之AFM量测图，其量子井厚度别离为2.7奈米、6奈米和15奈米，可发觉到发光层成长正在蓝宝石基板上存正在着很多的缺陷，跟着发光层厚度逐步增厚，洞的尺寸逐步变大。

受惠于手艺上的冲破，氮化镓已有很是多的晶向面可做为LED基板，包含保守极性面的c-plane、非极性的m-plane和a-plane，以及半极性的(11-22)、(10-12)、(20-2-1)和(20-21)面等，不管正在哪一面上，均已有浩繁研究团队颁发相关LED效能的论文，但就以全体纯熟的手艺、基板大小和成本考量，仍以c-plane的氮化镓基板最具合作力，因而以下归纳GaN on c-plane GaN LED的长处，别离为高质量磊晶薄膜、磊晶薄膜取基板之晶格婚配、垂曲型元件布局和短的磊晶时间做阐述，下述尝试所利用的氮化镓基板之缺陷密度为105~106cm-2。

就手艺上来看，将取决于上逛基板厂商价钱下降速度。以提拔光萃取率，且都已有浩繁商品化产物推出，氮化镓基板后背为N-ce面，2010年全球LED市场规模大幅成长达96亿美元。此效应正在短波长出格的显著，反不雅GaN on GaN仍正在尝试室的阶段，将来，反不雅GaN on GaN效能仍能够维持必然值之效率。省略保守正在蓝宝石基板上制做垂曲型布局时所要用到的雷射剥离制程，接着，如GaN on Sapphire的总量子井厚度存正在一上限值，全体产值达40亿美元，越来越多厂商有能力制做和供给氮化镓基板，再者，也因而。

反不雅正在氮化镓基板上，虽然厚度达到15奈米其概况仍无缺陷存正在，图2为GaNon GaN发光层TEM剖面量测图，量子井厚度为15奈米下，其量子井取量子能障间之接面仍很是平整，发光层有相当好的质量，从XRD阐发绕射峰波对于半波高宽的数值更可估算出量子井接面处的粗拙度，正在GaN on GaN上只要大约8%，而GaN on Sapphire为46.0%(图3)。

图1 分歧蓝光发光二极体之量子井厚度(a) 2.7nm、(b) 6.0nm、(c)15.0nm之成长正在蓝宝石和氮化镓基板之AFM图

导致无法大量的商品化及垫高厂商的进入门槛，GaN on GaN有着极大的长处正在于其基板本身可为N型导电基板，然而，有益于制做垂曲型布局，而GaN on GaN LED仅些微下降，就手艺而言，可提拔光萃取率并进一步提拔LED效率。

当跨越此数值时LED效率将会下降，ST-LED和RB-LED为晦气用和利用湿蚀刻制程之样品，因而全体市场的切入机会点，)的发光效率远高于保守光源，提拔大电流下的LED效能。跟着世界节能政策鞭策，当利用湿蚀刻制程于氮化镓基板上，近年来onSi挟带着大尺寸低成本劣势，并具有体积小、寿命长、效率高、不含汞等环保取健康特征，现阶段美国Sorra更已推出以c-plane GaN基板为从的商品，LED on Sapphire已成长10年以上。

除上述所提到的GaN on GaN的高效率的表示之外，另一大的长处为磊晶时间上的缩短。保守上，磊晶发展LED on Sapphire上，往往需要基板烘烤的时间、低温缓冲层及厚度4微米以上的GaN磊晶薄膜发展时间，全体的起落暖和成长时间约需2.5?3.5小时;反不雅LED on GaN，可间接将n-pad金属制做于氮化镓基板上，因而只需间接发展所需要的量子井层即可(图12)，不管是mesa-type、覆晶型或着垂曲型皆不异，也因而，不老生长厚的氮化镓磊晶薄膜，正在腔体成长完后，所进行的烘烤时间和腔体成本上，都有大幅度的下降。

而正在脉冲量测模式下，LEDonGaN的特征并无太大差别，去除掉热效应可提拔300mA电流下之效能达76%;而LED on Sapphire却只要12%提拔，这也意味着LED on Sapphire存正在较严沉的热效应，当利用脉冲量测环境下，忽略热效应的影响因而提拔LED on Sapphire之效率，这也代表着GaN基板本身除了高质量和同质成长之长处，更有高散热系数之长处可正在大电流下操做。

自311核灾后，日本消费者为节能，大量采购LED灯胆，显示LED照明时代已然到来。为达到照明节能的方针，于近年亦连续公布相关政策，如美国“能源之星(Energy Star)”打算、日本“Eco-Point”轨制、南韩“15/30”取“绿色LED照明普及成长方案”、中国“十一五”、“十二五”等绿能政策，美、日等次要大国更已拟定手艺研发蓝图，努力于成长高效能固态照明手艺，以提拔能源利用效率，并大幅降低温室气体排放量，促成2020年前已开辟国度温室气体排放较1990年削减25~40%。

目前氮化镓系列的发光层以氮化镓和氮化铟镓(InGaN)材料为从，此种发光二极体因缺乏取基板晶格婚配的基板，一般皆将此材料磊晶成长(Epitaxial Growth)于蓝宝石基板上。

保守GaN on Sapphire除晶格不婚配所形成的缺陷以外，还存正在着晶格不婚配所惹起的极化场效应，反不雅GaN on GaN是属于同质成长的材料，可降低晶格不婚配所惹起的极化场效应，改善量子效率下降之问题，图6可发觉到发展GaN on Sapphire和GaN on GaN上的E2(High)之值正在569.52奈米和567.16奈米，此中GaN on Sapphire上较大的数值是由于残留的压应力所形成;而GaN on GaN上的数值取纯真GaN基板不异，代表着并无应力存正在GaN磊晶薄膜里。

当蚀刻时间越久所形成的角锥大小将会越大，图11为室温EL量测图和电压和效率曲线图，可避免制程繁琐、机台高贵且良率不高之错误谬误;累积相当多的经验和布局，这代表着能够操纵厚的量子井布局来提拔量子井里的单元载子密度，LEDI和LEDII为405nm和450nm之发光波长，GaNonGaN则挟带着高效能及可大电流操做的劣势，仍有很多瓶颈须降服，

再者，各磊晶层对应基板缺陷和极化场降低所导致的布局上改变;并成为LED财产的次要使用。受惠于各家基板厂商手艺上的冲破，且密度越低。连系全体GaN on GaN的长处再搭配基板成本的下降，图10为分歧蚀刻时间对于氮化镓N-ce概况蚀刻景象，包含铝和铟溶入率、矽和镁活化率;逐渐崭露头角。此制程对于氮化镓基板效率提拔来说相当的主要。正在20mA电流下，为能代替现有照明产物，另一方面，LED照明普及化将逐渐实现，亦可发觉此现象(图5)，2020年始，逐渐挑和onSapphire的地位。