選擇性再成長技術應用於載子擴散注入多重量子井結構之氮化鎵系列發光二極體

Abstract

本論文研究一個新的結構與新的發光機制：載子擴散注入多重量子井發光二極體，利用一個完全不同載子傳輸機制相對於傳統電流注入方式，將主動區MQW(Multi-Quantum Well，MQW)置於pn-junction之外，形成n-p-MQW或p-n-MQW結構，主要發光機制是藉由載子空間濃度差，讓載子擴散注入至MQW複合發光，此結構理論上由於MQW並非置於pn-junction中間，可能會降低由於傳統p-MQW-n結構所造成Efficiency Droop因素，如極化電荷、載子溢流…等；另一部分為n-p-MQW或p-n-MQW結構在大電流注入下，pn-junction載子濃度上升，造成更大空間濃度差，載子擴散注入至MQW電流也跟著上升，而MQW中也會形成載子濃度差，讓載子從上層MQW(靠近pn-junction側)擴散至更下層MQW(遠離pn-junction側)，基於以上理論機制，或?載子擴散注入多重量子井發光二極體能有效降低效率衰減(Efficiency Droop)。 實驗上先探討p-n-MQW結構，製程方式上分為標準p-n-MQW結構、選擇性再成p-GaN之p-n-MQW結構，標準p-n-MQW結構利用感應式耦合電漿(ICP)蝕刻出p-GaN高台，選擇性再成長p-GaN之p-n-MQW結構利用二氧化矽遮罩做選擇性再成長形成p-GaN高台；之後研究n-p-MQW結構與傳統p-MQW-n結構比較探討，n-p-MQW結構相同使用二氧化矽遮罩做選擇性再成長形成n-GaN高台，傳統p-MQW-n結構利用感應式耦合電漿(ICP)蝕刻出p-GaN高台；元件光罩設計上也分為兩種，第一種為在相同元件面積大小下，具有不同指叉數之高台(Mesa)，也就是具不同p、n間距載子擴散注入多重量子井發光二極體，探討各尺寸間其光電特性之比較，第二種為在不同元件面積大小下，具有不同載子擴散距離寬，元件形狀分為矩形與圓形，探討哪個尺寸下最適合載子擴散，具有最佳之光電特性。 將實驗結果搭配能帶模擬分析，得到n-p-MQW結構光電特性遠遠優於p-n-MQW結構，而n-p-MQW結構與傳統p-MQW-n結構比較所得重要結論如下圖，n-p-MQW結構隨著元件尺寸變化Efficiency Droop趨勢相較於傳統p-MQW-n結構大(紅線部分)，元件尺寸越小Efficiency Droop越小於傳統p-MQW-n結構，這也相對表示載子擴散注入多重量子井結構不利於橫向上電流散佈(因電子電洞擴散差異與元件單位μm變化)，但載子垂直擴散至MQW佳(因MQW單位為?(Angstrom))，而小尺寸元件就是消除橫向上擴散不易；其他實驗結果於本論文四、五章分析解釋。

Date of Award	2014 Jul 26
Original language	Chinese
Supervisor	Jinn-Kong Sheu (Supervisor)