臺灣博碩士論文加值系統

以氮化銦鎵/氮化鎵作為主動層的高亮度藍、綠發光二極體及雷射已被成功研製出來，但其材料內部之發光與電流機制仍存在許多爭議。本研究藉由變溫光激發螢光( Photoluminescence, PL )量測來探討在漸變式應力緩衝層( Graded Strain Buffer Barrier )的結構下，氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井發光二極體的光特性，並探討多重量井下，漸變式的結構對元件的影響。
由變溫的光激發螢光譜下量測到的數據去探討，同時利用Varshini經驗公式去擬合分析，可以發現漸變適應力緩衝層的銦含量，甚至比傳統的氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井還來的少，在低溫的時候載子侷限的能力因為有銦的參與表現良好，但整體的擬合參數σ侷限能力卻是下降的，但極為有趣的是接面處量子井成一個連續面，我們觀察出graded的樣品可能是因為有比較好的量子侷限效應及因為Ga+被In原子填補的關系，有效的減少氮化鎵barrier的dislocation density，而較大的放光峰值能量則是因為富銦區域的效應造成發光的波段較小，而較小的半高寬值則是因為漸變式應力緩衝層有效地降低主動層間的應力，使得樣品本身的結構較為緊密，因此樣品的均勻性及品質獲得改善。
而活化能的分析，計算出二個樣品的活化能分別是conversional sample為120 meV 和graded strain buffer barrier sample為 110 meV，我們可以觀察漸變式應力緩衝層在主動層底下的樣品，積分光激螢光強度比傳統的樣品要來得強，這邊我們推論是因為漸變式應力緩衝所造成的結構特性的改善以及增加激子被深層電子能階捕捉進去，並且降低其活化能。

In recent years，InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) have being used as the active layer of GaN-based blue and green light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) successfully. The emission process is affected by several peculiarities of this materials system and is still under debate. In this article, the temperature-dependent photoluminescnce (PL) were measured to investigate the optical characteristics of InGaN/GaN MQW with graded strain buffer layer.
By using Varshini equation with band-tail model from the temperature - dependent PL measurement，it can be observed obviously that the carrier confinement(value σ) with graded strain buffer layer are less than the conventional sample，even of the In component .The graded sample have the smaller FWHM because the graded microstructure can efficiently reduce the stress in the active layer,and densify the structure to make the better uniformity and quality.
In the analysis of the activation energy,we can calculate the activation energy of the conventional sample and the graded sample are 120 meV and 110 meV.It can be observed that the intensity of graded sample are larger than the conventional sample in the PL measurement due to the graded strucuture improving the ability of exciton .

指導教授推薦書……………………………………………………………………
口試委員會審定書……………………………………………………………………
誌謝……………………………………………………………. v
中文摘要…………………………….…………………………………….………vi
英文摘要…………………………………………………………………..……. vii
目錄……………………………………………………………………………. viii
圖目錄………………………………………………………………………x
第一章 緒論……………………………………………………………………….1
1.1 前言………………………………………………………………………1
1.2 研究動機…………………………………………………………………4
1.3 論文架構……………………………………………………………………4
第二章 基本原理…………………………………………………………………7
2. 1 發光二極體的發光原理…………………………………………………7
2.2 氮化鎵發光二極體原理………………………………………………11
2.3 溫度對元件之影響………………………………………………………15
2.4 氮化銦鎵的材料特性……………………………………………………16
第三章 樣品及量測系統………………………………………………24
3.1 樣品…………………………………………………………………… 24
3.2 量測系統介紹……………………………………………………… 29
第四章 實驗結果與討論………………………………………………36
4.1.光激發螢光光譜分析………………………………………………… 36
4.1.1 光譜分布………………………………………………………… 36
4.1.2 光譜峰值能量變化分析……….……………………………………37
第五章 結論………………………………………………………………… 51

圖目錄
圖2-1. (a)P型與N型半導體結合時在未受偏壓的情況…………………………13
圖2-1. (b)當接上順向偏壓的時候，使電子及電洞更容易跨過空乏區………13
圖2.2.(a)單異質結構；(b)雙異質結構；(c)量子井結構………………………15
圖2.3.(a)直接能隙半導體 (b)間接能隙……………………………18
圖2.4.半導體材料對應能矽以及晶格常………………………………………19
圖2.5.(a)壓縮應力(b)伸張應力…………………………………………………20
圖2.6.兩個不同晶格常數的半導體結合產生之差排現象……………………30
圖3-1 MOCVD系統示意圖……………………………………………………………31
圖3.2(a) 樣品A發光二極體結構圖…………………………………………32
圖3.2(b) 樣品B Graded strain buffer發光二極體結構圖……………………33
圖3.3.半導體內部原子間排列的距離，而對應出來的能隙……………………34
圖3.4.光激螢光光譜系統架構…………………………………………………35
圖3.5.(a)單色分光儀的內部構造………………………………………………36
圖3.5(b)光柵放大圖發光強度隨溫度的變化………………………………37
圖4-1.20k時不同摻雜狀態的樣品的光激螢光光譜圖…………………………41
圖4-2.conventional的樣品在不同溫度下之光激發螢光譜………………42
圖4-3.graded的樣品在不同溫度下之光激發螢光譜………………………43
圖4-4. Conventional 跟Graded 樣品在不同溫度的半高寬值…………………44
圖4-5. conventional樣品之band tail model fit 和擬合參數……………45
圖4-6. graded樣品之band tail model fit和擬合參數………………………………46
圖4-7. conventional與graded樣品之band tail model fit 和擬合參數…………47
圖4-8.convenstional樣品光激發螢光譜強度隨溫度變化曲線……………48
圖4-9. graded strain buffer layer 樣品光激發螢光譜強度隨溫度變化之曲
線……………………………………………………………49
圖4-10. 兩個樣品的光激螢光譜強度隨溫度變化之曲線比較………………50

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