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系統識別號 U0026-0607201613520200
論文名稱(中文) 不同載子注入方式的氮化鋁鎵發光二極體之相關特性研究
論文名稱(英文) AlGaN-based Light Emitting Diode with different carrier injection mode
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 光電科學與工程學系
系所名稱(英) Department of Photonics
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 李晨暉
研究生(英文) Chen-Hui Lee
學號 L76044064
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-許進恭
口試委員-賴韋志
口試委員-吳育任
口試委員-郭政煌
中文關鍵字 氮化鋁鎵  RPD-AlN  紫外光  輔助擴散  選擇性再成長 
英文關鍵字 AlGaN  Reactive plasma deposited AlN  Ultraviolet LED  Diffusion-assisted  Selective regrowth 
學科別分類
中文摘要  本論文研究氮化鋁鎵的材料特性以及對於紫外光二極體的相關應用,近年 本論文研究氮化鋁鎵的材料特性以及對於紫外光二極體的相關應用,近年來隨著紫外光二極體產業的發展使得氮化鋁鎵材料日益受到重視,而氮化鋁鎵具有薄膜臨界厚度小、對缺陷容忍度低、材料臨界應力低、P型摻雜不易等材料問題。我們研究使用反應式電漿鍍膜的方式成長RPD(reactive plasma deposition)-AlN以及使用有機金屬化學氣相沉積法的方式成長HT(high temprature)-AlN,比較以兩種不同方式來成長的AlN緩衝層晶體品質差異,以及製作為發光二極體元件來比較緩衝層的差異對於元件特性的影響。我們發現RPD-AlN在材料特性上相較於HT-AlN具有材料結晶性較佳、晶體缺陷較少、薄膜表面較平整等優點,這些優點使得RPD-AlN相較於HT-AlN比較適合作為緩衝層的選擇。另外,對於氮化鋁鎵的材料臨界應力低而導致材料容易具有表面裂紋的問題,我們在磊晶結構中加入以AlGaN/AlN組成的超晶格結構(Superlattic Structure)成功減緩不同磊晶層間的晶格不匹配、減少因為材料應力所造成的表面裂紋。改善上述的材料問題之後,我們進一步將RPD-AlN應用於傳統結構(P-I-N)發光二極體並且成功調整為波長320nm的紫外光發光二極體,並且由於晶體品質獲得改善因此發光效率獲得大幅提升。
另一方面,不同於P-I-N結構發光二極體中,是將電子、電洞由MQW異側注入複合,我們成功將載子擴散輔助(Diffusion-Assisted,D-A)結構應用於紫外光二極體,將電子、電洞由MQW同側擴散注入複合,預期將改善P-I-N結構的載子溢流效應對於發光效率的不良影響,此實驗概念已經在藍光二極體的實驗結果中獲得驗證。然而,實際應用於紫外光二極體中,由於D-A結構需要額外的能量來克服n-GaN/p-AlGaN的能隙差異、加上電子需要跨越p-AlGaN來注入MQW,這些能量消耗反而助長元件熱效應而導致D-A結構的發光效率低於PIN結構。未來我們將嘗試以Si離子佈植的方式取代選擇性再成長的方式來製作D-A結構的紫外光二極體,希望藉由Si離子佈植方式產生n-AlGaN/p-AlGaN將不再具有能隙差異,同時可以降低電子跨越p-AlGaN注入MQW所需要的能量,預期以Si離子佈植的方式取代選擇性再成長的方式製作D-A結構紫外光二極體將可以使發光效率獲得提升。
英文摘要 In this study, we demonstrated the UV-LEDs with reactive plasma deposited (RPD) AlN and high temperature (HT) AlN nucleation layer. We found that reactive plasma deposited AlN film has flat surface roughness and high crystal quality. Furthermore, we developed that AlGaN/AlN superlattic structure were grown on AlN nucleation layer, it can significantly reduce dislocation density and cracks caused by differences in the lattice constant. Therefore, we applied above methods to fabricate AlGaN-based UV-LEDs of 320nm and the light output power is enhanced. On the other hand, we applied diffusion-assisted (D-A) way in UV-LEDs. Although the light output power of the D-A LEDs is less than the traditional LEDs at present. We believed it was a potential way to improve efficiency drop of the traditional LEDs caused by carrier leakage.
論文目次 目錄
摘要 I
致謝 VII
目錄 VIII
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 序論 1
1-1研究動機 2
第二章 理論基礎 5
2-1發光二極體原理 5
2-2載子複合機制 6
2-3量子侷限效應 6
第三章 元件製程步驟 9
3-1傳統結構紫外光發光二極體製程步驟 9
3-2選擇性再成長結構紫外光發光二極體製程步驟 13
第四章 結果與討論 13
4-1氮化鋁緩衝層的特性探討 18
4-2 P型氮化鋁鎵的特性探討 24
4-3 N型氮化鋁鎵的特性探討 27
4-4紫外光二極體的透明導電層特性探討 30
4-5傳統結構紫外光二極體的特性探討 32
4-6 選擇性再成長結構紫外光二極體的特性探討 43
第五章 結論與未來展望 56
參考文獻 58

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