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研究生:沈圻
研究生(外文):Chi Shen
論文名稱:磷化鋁鎵銦發光二極體之側光紅移現象研究
論文名稱(外文):Redshift of the edge emission from AlGaInP light-emitting diodes
指導教授:陳乃權
指導教授(外文):N. C. Chen
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:88
中文關鍵詞:磷化鋁鎵銦發光二極體光譜紅位移側面
外文關鍵詞:AlGaInPLEDemissionRedshiftedge
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本論文為研究磷化鋁鎵銦發光二極體的光譜特性,主要研究分成正面發光與側面發光。
首先,從正面發光光譜開始介紹。由理論推導的自發輻射公式為描述理想量子井結構之發光光譜。然而實際上,量子井會由於載子碰撞、井寬擾動、成分擾動、以及每個量子井間差異等影響,造成量子井之能隙變成一個分佈的行為,使得實際上的光譜較理想量子井模型寬。因此為了描述實際發光波形,我們將自發輻射乘上一機率分布函數修正,用以描述實際發光光譜。最後,我們只要知道LED發光光譜,就可從中萃取出LED的能隙分佈機率與其接面溫度等資訊。
側面發光研究,量測磷化鋁鎵銦發光二極體的側面發光時,發現側面放出的光有波長紅移的現象。進ㄧ步嘗試量測多顆不同色與不同廠商所製造之晶粒,亦呈現相同的結果,確認這是一共通的現象。因此這本論文的最後,我們解釋並且驗證了造成側光紅移的機制。這是由於從側面射出的光被主動層限制住,產生波導行為,並且在材料內連續的被吸收,而造成了側面發光波長紅位移。
In this thesis, I mainly study the spectrum characteristic of AlGaInP LEDs, and mainly divide into surface emission and edge emission. The emission spectra of real quantum-well structure are unavoidably broadened by the well width fluctuation, composition, and variations between different wells. Accordingly, a phenomenological function is introduced to describe the probability distribution of the effective. At last, both the probability distribution function and the junction temperature can be extracted from the emission. Moreover, we found that some yellow-green AlGaInP LED lamps, depending on the details of the packaging, could reveal yellow color at specific angles. Many devices from various manufacturers have been investigated and all behaved in a similar way. In this work, we found that the redshift was a manifestation of the self-absorption of the guided wave by the quantum wells.
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書
致謝
中文摘要
英文摘要
目錄
第一章 導論…………………………………………………………… 1
1-1材料發展背景………………………………………………… 1
1-2 研究動機與目的……………………………………………… 3
1-3 AlGaInP材料特性………………………………………… 4
1-3.1 晶格匹配……………………………………………… 4
1-3.2 折射率………………………………………………… 6
1-3.3 能隙…………………………………………………… 7
1-3.4 載子有效質量………………………………………… 8
1-4 研究儀器介紹………………………………………………… 9
1-4.1 電源供應與量測儀器………………………………… 9
1-4.2 電致螢光光譜…………………………………………10
1-4.3 單色分光儀……………………………………………11
1-4.4 穿透式電子顯微鏡……………………………………12
第二章 理論基礎………………………………………………………15
2-1光學性躍遷……………………………………………………15
2-1.1 光的能態密度…………………………………………17
2-1.2 自發性輻射……………………………………………23
2-1.3 吸收係數………………………………………………26
2-2波導……………………………………………………………28
第三章 實驗量測與理論分析…………………………………………37
3-1 AlGaInP發光二極體之正面發光研究………………………40
3-2 AlGaInP發光二極體之側光紅移現象………………………50
3-3 active layer內的波導現象……………………………………61
3-4側光紅移機制模擬與驗證……………………………………67
第四章 結論與未來研究………………………………………………72
4-1 結論……………………………………………………………72
4-2 未來研究………………………………………………………73
參考文獻……………………………………………………………… 74

圖目錄
第一章 導論
Fig1-1 u’,v’色標圖…………………………………………………… 4
Fig1-2 砷化鎵銦材料為基板之晶格常數對應能隙大小…………… 5
Fig1-3 磷化鋁鎵銦材料直接能隙轉換間接能隙關係圖…………… 7
Fig1-4 電致螢光EL架構圖……………………………………………11
Fig1-5 (a)單色分光儀結構圖(b)單色分光儀工作原理………………12
Fig1-6 電子束與樣品間作用產生的各種訊號………………………14
第二章 理論基礎
Fig2-1 (a)自發輻射,(b)受激輻射,(c)受激吸收……………………17
Fig2-2 自發輻射E-k圖………………………………………………20
Fig2-3 二維能態密度圖形……………………………………………22
Fig2-4 理想二維量子井的自發輻射圖………………………………25
Fig2-5 波導結構示意圖………………………………………………28
Fig2-6 平面波導行進示意圖…………………………………………35
Fig2-7 波導中其中之一平面波示意圖………………………………35
第三章 實驗量測與理論分析
Fig3-1 AlGaInP樣品結構圖…………………………………………38
Fig3-2 TEM量測圖……………………………………………………38
Fig3-3 AlGaInP LED變溫EL(nm)…………………………………46
Fig3-4 AlGaInP LED變溫EL(eV)……………………………………46
Fig3-5 AlGaInP LED變溫EL(eV)半對數座標圖……………………47
Fig3-6 300K實驗值取高能量斜率範例圖……………………………47
Fig3-7 接面溫度與環境溫度關係……………………………………48
Fig3-8 分離出的光譜左半部…………………………………………48
Fig3-9 300K Data經轉換後成高斯曲線且與高斯函數擬合圖……49
Fig3-10 300K實驗資料與理論模擬圗……………………………49
Fig3-11 AlGaInP垂直導通發光二極體示意圖……………………50
Fig3-12 黃綠光LED放大的發光影像………………………………51
Fig3-13 使用銀膠固定在TO-46上的LED chip……………………52
Fig3-14 黃綠光,黃光,紅光LED的發光光譜…………………………53
Fig3-15 不同業者製造LED之光譜圖………………………………54
Fig3-16 磷化鋁鎵銦黃綠光LED側面EL變溫120K~400K…………57
Fig3-17 300K的實驗資料經Lorentz fit範例圖……………………58
Fig3-18 Lorentz fit結果分成兩波形…………………………………58
Fig3-19 兩峰值能量隨溫度變化的關係…………………………… 59
Fig3-20 光譜兩峰值相對發光強度隨溫度變化的關係………………59
Fig3-21 將低能量波峰強度歸ㄧ後光譜圖……………………………60
Fig3-22 光在LED內部全反射的示意圖……………………………62
Fig3-23 TE0、TE1、TM0與TM1光強在MQW內分佈圖………65
Fig3-24 量測LED側面EL偏極光譜…………………………………66
Fig3-25 MQW側面發光機制示意圖…………………………………67
Fig3-26 吸收峰模擬圖………………………………………………70
Fig3-27 正面光譜經過紅移機制後的模擬圖………………………71
Fig3-28 載子複合生命期 與波長紅移量的關係圖………………71

表目錄
Table 3-1 Summary of the Momentum Matrix Elements in Parabolic
Band Model……………………………………………………………64
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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