氮化鎵微發光二極體之製作與發光特性研究

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陳吉興(Chi-Hsing Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

物理學系

論文名稱

氮化鎵微發光二極體之製作與發光特性研究
(Fabrication and Optical Characteristics of GaN Micro-LEDs)

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摘要(中)

本篇論文主要為分析微尺寸氮化鎵發光二極體，其電性與光性等物理特性在不同大小與不同幾何形狀(碟形與環形)下之變化。
在元件的製作上，乃利用鎂離子佈植配合黃光微影技術，來定義主動區域（active region），此區域的設計有碟形（直徑µm為70、60、50、40、30與20等六種）、環形（固定環寬 15µm，其外徑µm/內徑µm：70/40、60/30、50/20與40/10等四種）之幾何形狀的變化，並且再以電脊（electro-ridge）的形式連接至P型銲墊區。
電激發光（Electroluminescence; EL）的量測中，觀察到越大之尺寸有越大的藍移（blue-shift）量，其中碟形的元件，70µm最大藍移量為230meV;20µm則為130meV，藍移的原因可能有量子局限史托克效應(Quantum Confined Stark Effect;QCSE)與能帶填滿效應(Band Filling Effect)兩種，而接合溫度(junction temperature)的增加為造成紅移(red-shift)的原因，推測可能因為藍移效應與紅移效應的競爭造成不同尺寸下會有不同的最大藍移現象，至於環形元件的最大藍移量均介於200～220 meV，可能是固定環寬所造成的影響，其原因有待探討。
在正向發光強度量測方面，不同尺寸的元件在相同的電流密度下，發光強度與發光面積成正比。但是比較環形元件與碟形元件，環形(70µm/40µm)之主動區面積為碟形70µm的0.67倍，但觀察到兩者卻有相差不多的發光強度117mcd/114mcd(環形/碟形)，顯示環形元件的發光效率優於碟形的元件。

關鍵字(中)

★ 微環形
★ 微碟型
★ 微發光二極體

關鍵字(英)

★ micro-LEDs
★ micro-ring
★ micro-disk

論文目次

摘要…………………………………………………………Ⅰ
致謝…………………………………………………………Ⅲ
目錄…………………………………………………………Ⅴ
表目………………………………………………………… Ⅷ
圖目…………………………………………………………Ⅸ
第一章導論………………………………………………1
第二章微發光二極體之基本原理……………………5
2-1 典型LED 之發光機制…………………………………5
2-2 離子佈植製作絕緣區………………………………6
2-2-1 離子佈植的分佈及範圍……………………6
2-2-2 晶格脫序（disorder）……………………8
2-2-3 離子佈植製作絕緣區之機制…………………8
第三章微發光二極體製程與量測…………………… 11
3-1 元件之設計………………………………………… 11
3-1-1 氮化鎵LED 磊晶結構…………………………11
3-1-2 單顆元件結構設計……………………………12
3-2 微發光二極體製程…………………………………13
3-2-1 主動區域之定義與離子佈植………………14
3-2-2 乾式蝕刻區域製作…………………………16
3-2-3 P 型透明電極導電層區域製作………………16
3-2-4 N 型電極導電層及P 型銲墊區域製作………17
3-2-5 金屬鈍化層(Passivation)製作……………18
3-3 量測儀器介紹……………………………………18
3-3-1 電流電壓關係量測(I-V) ……………………18
3-3-2 電激發光量測（EL）…………………………19
3-3-3 發光之光強度（L-I）量測……………………20
第四章微發光二極體之特性分析……………………26
4-1 電性分析…………………………………………26
4-1-1 電流電壓量測…………………………………27
4-2 電激發光量測……………………………………29
4-3 發光強度量測………………………………………33
第五章結論與未來展望………………………………55
5-1 結論………………………………………………55
5-2 未來展望…………………………………………56
參考文獻……………………………………………………59

參考文獻

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指導教授

紀國鐘(Gou-Chung Chi)

審核日期

2005-7-21

推文