最近幾年發光二極管的發光效率提升，加上藍光與綠光發光二極管的實用化，如圖1所示，發光二極管已經成為交通號志燈、汽車尾部組合燈(Rear combination lamp)、液晶顯示器用背光照明模塊，各種顯示與照明的主要光源，持續拓展應用范圍。

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　　接著本文要介紹可以減低發光二極管基板的光損失，設有金屬反射膜層、高輝度、發光效率是傳統結構發光二極管的4倍、48 lm/W的AlGaInP 4元紅光發光二極管的發光效率提升手法，以及金屬反射膜發光二極管(MR-LED)的電氣光學等各種特性。

　　發展歷程

　　傳統紅光發光二極管用半導體晶圓，除了AlGaAs磊晶硅晶圓 (Epitaxial wafer) 之外，AlGaInP磊晶硅晶圓已經商品化。

　　若在AlGaInP磊晶硅晶圓表面，制作電極再切割成晶粒狀(Die)，就可以制成發光二極管芯片，不過傳統結構發光二極管受到底部基板的影響，光吸收損失非常大，一般認為12 lm/W得發光效率是紅光發光二極管的最大極限。

　　有鑒于此研究人員在發光二極管組件內部設置金屬反射膜(MR: Metal Reflector)，開發全新結構的紅光發光二極管，達成發光效率48 lm/W，比傳統結構提高4倍的高效率化宿愿。

　　金屬反射膜LED的發光效率提升手法

　　如圖2(a)所示傳統發光二極管光源，利用注入半導體固態組件發光材料(發光層)的電子與正孔再結合獲得的能量產生光線，該電氣光線轉換效率，以低缺陷AlGaInP結晶而言，大約可以達成70%以上的效率，材料上的特性提升可算是相當充分。

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　　如圖2(a)所示，芯片產生的光線會在半導體內部傳遞，接著透過發光二極管組件表面取至組件外部領域，該取光效率單純的紅光發光二極管結構，大約只有10%左右，為有效提高紅光發光二極管的發光效率，必需透過發光二極管的結構設計與制程改善，提升表面穿透率與接口反射率。

　　紅光發光二極管是在GaAs單結晶基板上，使用格子整合3元混晶AlGaAs或是AlGaInP4元混晶發光層，將GaAs單結晶基板當作發光組件，底部支撐基板使用的發光二極管。由于GaAs具備吸收紅光物性，因此又稱作受質基板型(AS Type: Absorbing Substrate Type)。

　　如圖3(a)所示當初開發受質基板 (AS Type) 時，在GaAs基板上方制作發光層，由于該結構的組件表面，反射的光線與朝基板側的光線全部被基板吸收，因此只能達成8 lm/W低電氣光線轉換效率。

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　　雖然受質基板的開發，主要目的是提升發光效率，如圖3(b)所示，受質基板型基本上屬于半導體多層反射膜(DBR: Distributed Bragg Reflector)插入型，該結構利用半導體多層反射膜，使朝基板側的光線反射，達成12 lm/W的電氣光線轉換效率。

　　然而半導體多層反射膜 (DBR)，具有斜方向光線不易反射的結構性缺陷，因此朝各方向放射的發光二極管光線，不會朝基板側傳遞，結構上受到很大的限制。

　　為提高紅光發光二極管的發光效率，研究人員深入檢討可以使斜向入射至基板的光線完全反射的結構，開發圖3(c)所示，使用金屬薄膜的反射結構除了垂直方向之外，對斜向入射的光線，同樣具備高反射特性的金屬反射膜發光二極管 (MR-LED)。

　　金屬反射膜發光二極管 (MR-LED)，不易同時具備發光層、金屬反射膜反射率與低電氣阻抗特性，而且無法在金屬反射膜上制作低缺陷的發光層，因此研究人員針對同時具備反射率與低電氣阻抗問題，透過組件結構的設計進行對策，發光層的缺陷問題則透過基板貼換技術，使用與GaAs單結晶基板上結晶同等級的低缺陷AlGaInP發光層。