李允立臺灣大學:光電工程學研究所賴育弘Lai, Yu-HungYu-HungLai2010-07-012018-07-052010-07-012018-07-052008U0001-2207200812032400http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/188416本論文主要研究不同量子井寬度結構的氮化銦鎵/氮化鎵發光二極體(LED)，其光電特性的比較，並著重於探討發光效率在高電流密度下衰減問題(efficiency droop behavior)。在低溫至室溫光激發螢光譜(low temperature to room temperature photoluminescence)量測中，發現量子井寬度較窄的LED結構，其估算的相對內部量子效率最高，相信這是由於量子井寬度較窄的結構，其所受的內部電場較小，其電子電洞對波函數分離較小，故其發光效率最高。另外在室溫下電激發螢光譜(electroluminescence, EL)量測中，亦可以發現量子井寬度較窄的LED結構，其電流增加所產生的藍位移量較少，同樣也跟其所受量子侷限史塔克效應(Quantum-confined Stark effect, QCSE)小有關係。在發光效率對電流曲線的量測中，我們發現量子井寬度較窄的LED結構，在通以電流至250 mA下，其總發光強度是最高的，但是其發光效率從峰值至最低值，其下降量是最多的，而量子井寬度較寬的結構，其發光效率在高電流密度下僅衰減2.9 %。此發光效率在高電流密度下衰減歸因於量子井寬度較窄的結構，其載子溢流(carrier overflow)情況較多。 同時，透過模擬方法我們得到載子在量子井內的分布，並透過能帶圖分布驗證內部電場的影響為何。發光效率衰減原因方面，由參考資料得知有歐傑復合(Auger recombination)跟載子溢流的兩種因素影響。透過模擬結果，我們提出發光效率開始下降這一段是由歐傑復合效應所影響，而當量子井內的載子飽和後，歐傑復合效應也開始趨於飽和，故在高電流密度下，載子溢流便是造成發光效率持續下降的主要原因。In recent thesis, InGaN/GaN-based light-emitting diodes (LEDs) with various well thicknesses are investigated. The so-called efficiency droop behavior is the reduction of LED’s emitting efficiencies at higher current densities. In this research, to understand the efficiency droop phenomenon both experiment and simulation are performed. Photoluminescence experimental results showed that thinner well structure has higher relative internal quantum efficiency. This is attributed to the smaller electron-hole charge separation induced by internal field with thinner wells. Electroluminescence experimental results showed that thicker well structure behaves less efficiency droop. On the other hand, thinner well structure has significant efficiency reduction at high current densities. It is assumed that Auger recombination as carrier concentration raised and carrier overflow at higher current densities are the dominant mechanism for the reduction of efficiency. However, according to simulation results, the efficiency droop behavior from low to high current density is contributed by Auger recombination first, then by carrier overflow at higher current density. The more optical characteristic in each structure will be further discussed.口試委員會審定書 I謝 II文摘要 III文摘要 IV錄 V目錄 VII目錄 X一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究動機與目的 2二章 基礎理論原理 4.1 三五族氮化物簡介 4.1.1 氮化鎵晶體結構與特性 4.1.2 晶體缺陷 5.1.3 內部極化電場以及量子侷限史塔克效應 6.2 氮化鎵發光二極體 8.2.1 發光原理與量子井結構 8.2.2 發光效率 11.2.3 發光二極體放光形式 12.2.4 載子溢流效應 15三章 氮化鎵LED光電特性量測 17.1 樣品結構 17.2 光激發螢光量測與實驗結果 19.2.1光激發光譜 19.2.2光激發光譜實驗架構與量測方法 21.2.3實驗結果與討論 22.3 電激發光譜量測與實驗結果 25.3.1 電激發光譜量測 25.3.2 電激發量測結果與討論 28 3.4 差排缺陷數目量測 36四章 氮化鎵LED模擬結果分析 38.1 模擬軟體SiLENSe簡介 38.1.1 模擬理論 39.1.2 模擬方法流程 44.2 模擬結果與討論 50.2.1 能帶圖 50.2.2 電子電洞濃度分佈圖 52.2.3 內部量子發光效率 59.3 氮化鎵LED高電流密度下發光效率衰減模擬結果 63.3.1 非放光形式復合率 63.3.2 載子溢流與高電流密度下發光效率之關係 65 4.4 結論 69五章 總結與未來展望 70.1 總結 70.2 未來展望 72考文獻 73錄 772509655 bytesapplication/pdfen-US氮化鎵；量子井；量子侷限史塔克效應；發光二極體gallium nitride； quantum well； quantum-confined Stark effect (QCSE)； light-emitting diode (LED)； efficiency droopthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/188416/1/ntu-97-R95941073-1.pdf