進階搜尋


   電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
(※如查詢不到或館藏狀況顯示「閉架不公開」,表示該本論文不在書庫,無法取用。)
系統識別號 U0026-3007201513402400
論文名稱(中文) 選擇性離子佈植技術應用於輔助擴散發光二極體
論文名稱(英文) Selective Implanted Technique Applied to Diffusion-Assisted Light Emitting Diode
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 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 劉子源
研究生(英文) Zi-Yuan Liu
學號 L76021058
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 110頁
口試委員 指導教授-許進恭
口試委員-許晉瑋
口試委員-郭政煌
口試委員-賴韋志
中文關鍵字 氮化鎵  輔助擴散  離子佈植  選擇性再成長  外部量子效率 
英文關鍵字 Gallium Nitride  Diffusion assisted  ion- implanted  selective regrowth  EQE 
學科別分類
中文摘要 本論文研究一種新型發光二極體結構-輔助擴散發光二極體,將主動區置於p-n接面外,與傳統發光二極體載子直接注入方式不同,而是利用載子擴散機制使載子注入主動區進行輻射複合,載子直接注入將造成效率衰減等問題,希望使用擴散機制來改善發光二極體目前遇到效率衰減的問題,也希望藉此方式引發更多想法來改善發光二極體所面臨的挑戰。本實驗利用選擇性再成長n型氮化鎵及選擇性矽離子佈植兩種方式,在傳統發光二極體結構中的p型氮化鎵上方製作n型區,如此主動區就可置於p-n接面外,載子注入元件時,不會直接注入主動區,而是先在p-n接面處流動再逐漸擴散進入主動區,或許利用此概念可以成功改善效率衰減等問題。
  實驗上利用二氧化矽阻擋層定義選擇性再成長區域,氮化鎵不易成長於二氧化矽阻擋層上,因此有二氧化矽覆蓋的p型氮化鎵不會成長n型氮化鎵,利用此方式進行選擇性再成長;而二氧化矽阻擋層在離子佈植時作為調整佈植深度和避免離子佈植時形成通道效應,離子佈植是利用光阻作為阻擋層進行選擇性佈植,光阻覆蓋處離子佈植無法佈植到氮化鎵,然而這兩種方式都有複雜的製程,每一道製程都會產生誤差,過多的步驟將使元件良率下降,此技術還需要更成熟的製程。
  實驗結果可以看出指叉狀結構有改善電流散佈的效果,可降低元件的順向偏壓,但對於光輸出功率並無增強的作用;矩形結構各尺寸電特性差異不大,光輸出功率在大電流注入時因為發光面積差異而有所不同。離子佈植元件缺陷密度較選擇性再成長元件低,且因結構關係,離子佈植元件載子可以較容易、 
較均勻的擴散注入載子,使反應速度加快,因此在光電特性的表現上皆優於選擇性再成長元件,其中最重要的發現是離子佈植元件在大電流注入下,可以有效的改善效率衰減的現象,其中矩形結構在大電流注入時甚至有效率上升的趨勢,詳細實驗分析將於第四章討論。
  最後本實驗使用離子佈植應用於輔助擴散發光二極體達到改善效率衰減的目的,儘管目前實驗結果中其他的光電特性仍無法超越傳統發光二極體,且因為製程步驟繁雜,降低元件良率及提高製程成本,待日後製程技術更加進步,或是有其他想法可用來增進離子佈植輔助擴散發光二極體特性的光電特性。就目前結果而言,輔助擴散發光二極體這種設計有相當大的潛力用來改善發光二極體所面臨的挑戰,特別是使用離子佈植方式製作輔助擴散發光二極體有明顯的改善效果,或許這是一種新的方式用來優化發光二極體。
英文摘要 We applied a new way to fabricate light emitting diode (LED), which call diffusion assisted LED. Compared with conventional LED, diffusion assisted LED is mainly use carrier concentration difference in chip to inject carrier into active region. Active region was located outside the p-n junction, we used selective regrowth n-GaN and silicon ion- implanted methods to manufacture diffusion assisted LED. Carrier has two transport paths in these two structures; path one is transvers transports in p-GaN by electrical field, the other one is longitudinal transport into active region by carrier concentration difference. For the case of implanted LED, we found that efficiency droop was improved, which and hence we speculated two transport paths made efficiency raise at high current inject. Although diffusion assisted LED has some problems, such as high voltage, high resistivity, low electron concentrate, etc., it was a potential approach to improve LED characteristic in efficiency.
論文目次 摘要 I
致謝 VIII
目錄 IX
表目錄 XI
圖目錄 XI
第一章 序論 1
1.1研究動機 1
1.2論文架構 2
參考文獻 6
第二章 理論基礎 8
2.1發光二極體原理 8
2.2能帶理論 10
2.3載子傳輸理論 11
2.4載子複合理論 12
2.5外部量子效率原理 13
2.6離子佈植基本原理 16
參考文獻 23
第三章 元件設計與製作 25
3-1設計概念 25
3-2選擇性再成長輔助擴散發光二極體製程步驟 26
3-3選擇性區域離子佈植輔助擴散發光二極體製程步驟 33
第四章 結果與討論 40
4-1選擇性再成長輔助擴散發光二極體 40
4-2選擇性區域離子佈植輔助擴散發光二極體 79
4-3選擇性再成長與選擇性離子佈植應用於輔助擴散發光二極體之光電特性比較 101
參考文獻 107
第五章 結論與未來展望 108
參考文獻 第一章
[1]郭浩中、賴芳儀、郭守義 2012著,“LED原理與應用”,台北:五南圖書出版公司
[2]S. Yoshida, S. Misawa, and S. Gonda, “Improvements on the electrical and luminescent properties of reactive molecular beam epitaxially grown GaN films by using AlN-coated sapphire substrates”, Appl. Phys. Lett., vol.42, pp.427-429, 1983.
[3]I. Akasaki, H.Amano, Y.Koide, K. Hiramatsu, and N.Sawaki, “Effects of ALN buffer layer on crystallographic structure and on electrical and optical-properties of GaN and Ga1-xAlxN films grown on sapphire substrate by MOVPE,” Journal of Crystal Growth, Vol. 98, pp.209, 1989.
[4]S. Nakamura, “GaN growth using GaN buffer layer” , Japanese Journal of Applied Physics Part 2-Letters, Vol.30, pp. L1705, 1991.
[5]I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu, and N. Sawaki, Journal of Crystal Growth 98, 209 (1989).
[6]S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, ” Highly p-typed Mg-doped GaN films grown with GaN buffer layer”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 30, pp. L1708, 1991.

[7] L. Riuttanen, P. Kivisaari, H. Nykӓanen, O. Svensk, S. Suihkonen, J. Oksanen, J. Tulkki, and M. Sopanen1, “Diffusion injected multi-quantum well light-emitting diode structure” , Appl. Phys. Lett. , Vol.104, pp.081102, 2014
[8] Xiaojuan Sun, Dabing Li1, Hang Song, Yiren Chen, Hong Jiang, Guoqing Miao and Zhiming Li, “Short-wavelength light beam in situ monitoring growth of InGaN/GaN green LEDs by MOCVD” , Nanoscale Research Letters 7:282 , 2012.
[9] J. K. Sheu, M. L. Lee, C. J. Tun, C. J. Kao, L. S. Yeh, S. J. Chang, and G. C. Chi, “Characterization of Si Implants in p-Type GaN” , IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 8, NO. 4, pp.767, 2002
第二章
[1]蔡尚祐,“LED 晶片微結構對光萃取效率及指向性之模擬與分析”,國立中央大學光電科學與工程學系,2009
[2]郭馨貽,“Thin-GaN 發光二極體電極配置對光電特性影響之研究”,國立中央大學光電科學與工程學系,2009
[3]黃呂棋,“鍺量子點埋在氮化矽/二氧化矽之光學特性”,國立中央大學物理學系,2011
[4]郭浩中、賴芳儀、郭守義 2012著,“LED原理與應用”,台北:五南圖書出版公司
[5]郭軒戩撰,“多接面推疊式太陽能電池之理論計算與模擬”,國立高雄大學物理學系,2014
[6] Ansgar Laubsch, Matthias Sabathil, Johannes Baur, Matthias Peter, and Berthold Hahn , “Improving the high-current efficiency of LEDs” , IEEE, TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 57, NO. 1, pp.79~87, 2010
[7]周本哿,“電流分佈對 GaN-LED 內部量子效率影響之研究”,國立中央大學化學工程與材料工程研究所,2008
[8]林哲君,“氮化鎵LED 表面粗糙對光萃取效率之最佳化研究”,國立中央大學光電科學與工程學系,2011
[9]林佳裕,“壓印技術製作表面微結構應用於圖樣化藍寶石基板發光二極體之研究”,國立中央大學光電科學與工程學系,2009
[10]楊賜麟譯,“半導體物理與元件”,台中:滄海書局,2005
[11]黃俊達、陳金佳、楊奇達、楊國輝、雷伯勳譯 pp.136,“光電半導體元件”,台北:台灣培生教育出版股份有限公司,2006
[12]施敏、伍國珏著,“半導體元件物理學第三版 pp.96”國立交通大學出版社,2009
第四章
[1]張國華,“局部再成長方法應用於有機金屬氣相磊晶成長氮化鎵系列光電元件之研究”,國立成功大學光電科學與工程研究所,2010
[2] X. Li, P. W. Bohn, J. J. Coleman, “Impurity states are the origin of yellow-band emission in GaN structures produced by epitaxial lateral overgrowth”, Appl. Phys. Lett., VOL.75, NO.26, pp.4049~4051, 1999
[3] S.Nakamura, N.Iwasa, M.Senoh, T.Mukai, “Hole compensation mechanism of p-type GaN films”, Japanese Journal of Applied Physics, VOL.31, pp.1258~1266, 1992
[4] Chris G. Van de Walle, “Interactions of hydrogen with native defects in GaN”, Physical Review B, VOL.56, NO.16, pp.R10 020~R10 023, 1997
[5] 蔡淼聖(2001),“矽離子佈植氮化鎵薄膜之研究”,國立中央大學物理究所,2001
[6] L. Riuttanen, P. Kivisaari, O. Svensk, J. Oksanen, and S. Suihkonen, “Diffusion Injection in a Buried Multiquantum Well Light-Emitting Diode Structure”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 62, NO. 3, pp.902~908, 2015
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2018-08-04起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw