臺灣博碩士論文加值系統

本文主要針對量子井生長溫度的條件改變來討論氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井(InGaN/GaN multiple quantum wells)的結構特性及光電特性的研究。
為了了解材料的結構特性，我們使用高解析度X-ray繞射儀進行量測並分析結果，數據顯示量子井成長溫度較高的樣品擁有較好的結晶品質(XRD FWHM由樣品B的0.35°降至樣品A的0.25°)。變溫光激發光的結果顯示，在100K及300K的溫度下，樣品A的發光強度比樣品B分別高出18%及13%，同時，也有著較高的發光峰值能量。從變溫電激發光圖形中我們發現同樣在100K及300K的溫度下，發光強度分別提升了17%及31%。且發光峰值強度隨著溫度變化有著S-shape shift的現象，並且由EL圖形半高寬變化中推論以較高溫度生長的樣品有著較低的銦含量，此項結果與我們在XRD中看到的現象相吻合。最後，由變電流光強度分析的結果，我們發現以較高溫度生長的樣品其中所含的缺陷較少，且有較大的電流飽和度。

Abstract
Different InGaN/GaN multiple quantum wells structures were grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).The sample were investigated by high resolution X-ray diffraction (HCXRD)、photoluminescence (PL)、electroluminescence (EL) and luminescence-current to characterize their optical property and crystal quality by changed growth temperature of multiple quantum well structures. Sample with higher growth temperature shows better interface quality (FWHM reduced to 0.25°from 0.35°)、better luminescence intensity (increase 17% and 31% at 100K and 300K,respectively) and also have higher saturated current density.

目錄
指導教授推薦書…………………………………………………… i
口試委員審定書…………………………………………………… ii
授權書……………………………………………………………… iii
致謝………………………………………………………………… iv
中文摘要…………………………………………………………… v
英文摘要…………………………………………………………… vi
目錄………………………………………………………………… vii
圖目錄……………………………………………………………… ix
第一章 序論
1-1 Ⅲ-Ⅴ氮化合物之發展與應用…………………………… 1
1-2 文獻回顧及研究動機 …………………………………… 4
第二章 基本原理
2-1 發光二極體的發光原理 ………………………………… 14
2-2-1 氮化鎵發光二極體原理 ……………………………… 16
2-2-2 直接能隙與間接能隙 ………………………………… 18
2-3 量子效率 ………………………………………………… 20
2-4-1 極化效應 ……………………………………………… 21
2-4-2 量子侷限史塔克效應與壓電場屏蔽效應 …………… 23
2-4-3 銦含量之擾動與載子侷限化 ………………………… 24
第三章 樣品結構及量測分析系統
3-1 樣品結構 ………………………………………………… 32
3-2 X-ray繞射分析儀原理及架構 ………………………… 34
3-3 光激發光光譜儀(Photoluminescence , PL)量測系統
3-3-1 光激發光量測原理 ……………………………… 36
3-3-2 光激發光光譜量測儀器架設 …………………… 36
3-4 電激發光( Electroluminescence , EL )量測系統
3-4-1 電激發光原理 …………………………………… 39
3-4-2 電激發光光譜量測儀器架設 …………………… 39
第四章 實驗結果與討論
4-1 X-ray Diffraction 量測分析…………………………… 45
4-2 變溫光激發光(PL)量測分析……………………………… 47
4-3 變溫及變電流電激發光(EL)量測分析…………………… 49
4-4 電流-電壓及變電流光強度量測分析 …………………… 53
第五章 結論………………………………………………………… 65






圖目錄
圖1.1氮化合物半導體之晶格常數與能帶寬……………………… 9
圖1.2不同In含量對應其成長溫度所形成之InGaN材料型態圖． 10
圖1.3 TEM影像顯示InGaN磊晶層中相分離所產生的In-rich QDs11
圖1.4 半導體材料對應能矽以及晶格常數………………………… 12
圖1.5 (a)壓縮應力 ………………………………………………… 13
圖1.5 (b)伸張應力 ………………………………………………… 13
圖1.6 兩個不同晶格常數的半導體結合…………………………… 14
圖2.1 (a)P型與N型半導體結合時在未受偏壓的情況 ………… 27
圖2.1 (b)當接上順向偏壓的時使電子及電洞更容易跨過空乏區 27
圖2.2 (a)單異質結構；(b)雙異質結構；(c)量子井結構 ……… 28
圖2.3 (a)直接能隙半導體 (b)間接能隙半導體………………… 29
圖2.4 (a)未受壓電場影響之量子井能帶結構示意圖 …………… 30
圖2.4 (b)受壓電場影響之量子井能帶結構示意圖 ……………… 30
圖2.4 (c)無壓電場屏蔽效應之影響 ……………………………… 31
圖3.1 MOCVD系統示意圖 …………………………………………… 41
圖3.2 樣品結構示意圖……………………………………………… 42
圖3.3 光激致光光譜系統架構……………………………………… 43
圖3.4 電激發光量測系統示意圖…………………………………… 44
圖4.1 樣品A及B之XRD圖形……………………………………… 54
圖4.2 T=100K 時PL圖形…………………………………………… 55
圖4.3 T=300K 時PL圖形…………………………………………… 55
圖4.4 PL峰值強度對溫度作圖……………………………………… 56
圖4.5 T=100K 時EL圖形…………………………………………… 57
圖4.6 T=300K時 EL圖形…………………………………………… 57
圖4.7 在20ma下EL峰值能量對溫度作圖………………………… 58
圖4.8 在50ma下EL峰值能量對溫度作圖………………………… 58
圖4.9 在100ma下EL峰值能量對溫度作圖………………………… 59
圖4.10 I=20ma時樣品A EL峰值能量對溫度作圖………………… 60
圖4.11 I=20ma時樣品B EL峰值能量對溫度作圖………………… 60
圖4.12 EL強度變化對溫度作圖…………………………………… 61
圖4.13 EL半高寬值變化對溫度作圖 ……………………………… 62
圖4.14 電流-順偏電壓特性圖……………………………………… 63
圖4.15 光強度-電流特性圖………………………………………… 64

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