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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 管傑雄 | |
dc.contributor.author | Tze-Hung Ju | en |
dc.contributor.author | 朱澤宏 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-08T02:04:29Z | - |
dc.date.copyright | 2016-03-08 | |
dc.date.issued | 2016 | |
dc.date.submitted | 2016-02-15 | |
dc.identifier.citation | [1] David S. Meyaard, Qifeng Shan, Jaehee Cho,E. Fred Schubert, Sang-Heon Han,
Min-Ho Kim, Cheolsoo Sone, Seung Jae Oh, and Jong Kyu Kim“Temperature dependent efficiency droop in GaInN light-emitting diodes with different current densities”, APPLIED PHYSICS LETTERS 100, 081106 (2012)H. Morkoç, Nitride Semiconductors and Devices, Springer, 1999. [2] S. J. Pearton, GaN and Related MaterialⅡ, CRC Press, 1997 [3] B. Heying, X.H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kapolnek, B.P. Keller, S.P.Denbaars, and J.S. Speck, “Role of threading dislocation structureon the x-ray diffraction peak widths in epitaxial GaN films,”Applied Physics Letters, Vol. 68, (1996), pp.643 [4] Y. P. Varshni, Physica 34,149 (1967) [5] H. Morkoç, Nitride Semiconductors and Devices, Springer, 1999. [6] J. J. Chen, Y. K. Su, C. L. Lin, S. M. Chen, W. L. Li, C.C. Kao, 'Enhanced Output Power of GaN-Based LEDs With Nano-Patterned Sapphire Substrates,' Photo. Tech. Lett., IEEE , vol. 20, no. 13, pp. 1193-1195, Jul. 2008. [7] H. Gao, F. Yan, Y. Zhang, J. Li, Y. Zeng, G. Wang, “Improvement of the performance of GaN-based LEDs grown on sapphire substrates patterned by wet and ICP etching,” Solid-State Electronics, vol. 52, no. 6, pp. 962-967, Jun. 2008. [8] R. H. Horng, W. K. Wang, S. C. Huang, S. Y. Huang, S. H. Lin, C. F. Lin, D. S. Wuu, ”Growth and characterization of 380-nm InGaN/AlGaN LEDs grown on patterned sapphire substrates,” Journal of crystal growth, vol. 298, pp. 219-222, Jan. 2007. [9] H. Y. Shin, S. K. Kwon, Y. I. Chang, M. J. Cho, K. H. Park, ”Reducing dislocation density in GaN films using a cone-shaped patterned sapphire substrate,” Journal of Crystal Growth, vol. 311, pp. 4167–4170, Aug. 2009. [10] Z. H. Feng, Y. D. Qi, Z. D. Lu, and K. M. Lau, ”GaN-based blue light-emitting diodes grown and fabricated on patterned sapphire substrates by metalorganic vapor-phase epitaxy,” Journal of Crystal Growth, vol. 272, pp.327–332, Dec. 2004. [11] A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and U. K. Mishra, R. C. Gonzalez, R. E. Woods, “Nonpolar InGaN/GaN emitters on reduced-defect lateral epitaxially overgrown a-plane GaN with drive-current-independent electroluminescence emission peak,” Appl. Phys. Lett., vol. 85, no. 22, pp. 5143, Dec. 2004. [12] O. Ambacher, J. Smart, J. R. Shealy, N. G. Weimann, K. Chu, M. Murphy, W. J. Schaff, L. F. Eastman, R. Dimitrov, L. Wittmer, M. Stutzmann, W. Rieger, and J. Hilsenbeck, “Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N- and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures,” J. Appl. Phys., vol. 85, no. 6, pp. 3222-3233, Mar. 1999. [13] O. Ambacher, B. Foutz, J. Smart, J. R. Shealy, N. G. Weimann, K. Chu, M. Murphy, A. J. Sierakowski, W. J. Schaff, L. F. Eastman, R. Dimitrov, A. Mitchell, and M. Stutzmann,“Two dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization in undoped and doped AlGaN/GaN heterostructures,” J. Appl. Phys., vol. 87, no. 1, pp. 334-344, Jan. 2000. [14] Hangleiter, A., et al. 'Suppression of nonradiative recombination by V-shaped pits in GaInN/GaN quantum wells produces a large increase in the light emission efficiency.' Physical review letters 95.12 (2005): 127402. [15] Hader, J., Moloney, J. V., & Koch, S. W. (2011, February). Density-activated defect recombination as a possible explanation for the efficiency droop in GaN-based diodes. In SPIE OPTO (pp. 79540H-79540H). International Society for Optics and Photonics. | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/19542 | - |
dc.description.abstract | 高功率發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)在照明的應用上日趨普遍,因此LED的發光效率衰減(efficiency droop)是一個值得關注的議題。LED的效率衰減可分為兩類,一是由電流增加所造成的發光功率下降,簡稱為J-droop,另一則是由溫度增加所造成的效率衰減,簡稱為T-droop [1]。
本論文在相同的磊晶條件下,設計週期均為3um六角型排列的三種不同深度(深度分別為2.55um、2.65um、2.75um)的圖案化藍寶石基板(Patterned Sapphire Substrates, PSSs),利用電致發光(Electroluminescence Measurement System)積分球, 搭配溫控器,分別對封裝好後的三種不同深度PSS的LED進行變溫測量(5度C~80度C),發現對單一樣品而言,溫度越高,T-droop越明顯。且電流密度越高,T-droop越不明顯。 此外吾人亦有一批未封裝的相同wafer,並用266nm的雷射光源對其做光致發光(Photoluminescence Measurement System),得到磊晶品質的排序,與電致發光得到的結果相呼應。應證了磊晶品質較佳的LED有較好的溫度容忍度(temperature-tolerant),亦即磊晶品質越好者: 溫度升高,T-droop越小,且在相同溫度下EQE越佳。說明了如需將LED在高溫下操作,則該LED的磊晶品質需越好。 | zh_TW |
dc.description.abstract | GaN-based Light-Emitting Diodes (LEDs) are typically grown on c-plane sapphire, or even patterned sapphire substrates (PSSs). In the same Epitaxy conduction, we designed three different depth Patterned Sapphire Substrates (2.55um, 2.65um, 2.75um). All of them are period of 3um and hexagonal arranged. We use Electroluminescence Measurement System with temperature controller to measure them from 5 ° C to 80 ° C and discuss their T-droop (The efficiency droop caused by increasing temperature) , and temperature tolerant.
Moreover, we use the 266nm laser to do the Photoluminescence Measurement. After that, the sequence of the Epitaxy quality of them has been found. Consistent with the result measured by Electroluminescence Measurement System. It proves that LED with a better Epitaxy quality has a high temperature-tolerant. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-08T02:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-105-R02941084-1.pdf: 2440818 bytes, checksum: 86c7d401595b135a0ee288566381c431 (MD5) Previous issue date: 2016 | en |
dc.description.tableofcontents | 目錄
口試委員會審定書 i 誌謝 ii 中文摘要 iii Abstract iv 目錄 v 圖目錄 vii 表目錄 ix 第一章、緒論 1 1.1 前言 1 1.2 動機 2 1.3 論文架構 4 第二章、 理論基礎與材料分析 5 2.1 藍寶石基板簡介 5 2.2 氮化鎵類磊晶層簡介 8 2.2.1 氮化鎵晶體結構 8 2.2.2 應力對氮化鎵的影響 9 2.2.3 錯位插排 10 2.2.4 蕭特基-瑞德-霍爾復合(Shockley-Read-Hall recombination ) 13 2.2.5 氮化鎵之極化效應 14 2.2.6 氮化鎵類發光二極體之效率衰減(Efficiency Droop) 17 2.3 藍寶石基板蝕刻原理 18 2.3.1 蝕刻種類 18 2.3.2 乾式蝕刻原理 19 第三章、 實驗儀器與樣品製備 25 3.1 實驗儀器簡介 25 3.1.1 微影技術與電子束微影系統(E-Beam Lithography) 25 3.1.2 電子槍蒸鍍系統(E-Gun) 27 3.1.3 感應式耦合電漿蝕刻(ICP-RIE) 28 3.1.4 掃描式電子顯微鏡(SEM) 28 3.1.5 有機金屬化學氣相沉積(MOCVD) 30 3.1.6 微光致激發螢光光譜量測系統(µ-PL) 31 3.1.7 電致激發螢光光譜(EL)和積分球(IS)量測 32 3.2 樣品製備 33 第四章、 實驗結果與分析 38 4.1 實驗設計 38 4.1.1 前導──不同深度商業化c-plane圖案化藍寶石基板 38 4.2 量測分析(第一部份):光致激發螢光(PL)光譜量測分析與比較 39 4.3 量測分析(第二部分):積分球測量設定 41 4.3.1 Self heating對測量的影響 41 4.3.2 加入溫控器後的測試 42 4.4 量測分析(第三部份):積分球於定溫的測量 45 4.5 量測分析(第四部份):積分球於變溫的測量 48 第五章、結論 51 參考資料 52 圖目錄 圖 1.1 材料之晶格常數與能帶關係圖 1 圖 2.1 藍寶石基板晶格填充示意圖 5 圖 2.2 藍寶石基板結構圖 6 圖 2.3 藍寶石基板晶格面 7 圖 2.4 Ga-face與N-face結構圖 8 圖 2.5 氮化鎵薄膜晶格面 9 圖 2.6 壓縮與伸張應力示意圖 9 圖 2.7 氮化鎵於藍寶石基板之晶格不匹配示意圖 10 圖 2.8 錯位差排種類示意圖 11 圖 2.9 氮化鎵六方晶系中的差排種類示意圖 12 圖 2.10 氮化鎵c-plane表面化學蝕刻之孔洞 13 圖 2.11 極化效應示意圖 (a) c/a<1.633 (b) c/a>1.633 15 圖 2.12 氮化鎵受極化場能帶傾斜圖 16 圖 2.13 氮化鎵類發光二極體中,效率衰減示意圖[1] 18 圖 2.14 電漿電位圖 20 圖 2.15 電漿蝕刻示意圖 22 圖 2.16 ICP系統圖 22 圖 3.1 光學微影系統示意圖 25 圖 3.2 本實驗室之電子束微影系統 27 圖 3.3 電子槍蒸鍍系統示意圖 27 圖 3.4 感應式耦合電漿蝕刻示意圖 28 圖 3.5 掃描式電子顯微鏡示意圖 29 圖 3.6 常壓式有機金屬化學氣相沉積 31 圖 3.7 µ-PL系統簡圖 32 圖 3.8 乾式蝕刻圖案化藍寶石基板製備流程圖 33 圖 4.1(a) Depth =2.55um 38 圖 4.1(b) Depth =2.65um 38 圖 4.1(c) Depth =2.75um 39 圖 4.2.1 PL測量不同深度PSS的結果 40 圖 4.2.2 PL峰值強度比較圖 40 圖 4.2.3 PL半高寬比較圖 41 圖 4.3.1 電流脈波 41 圖 4.3.2 參考片,Self heating對測量的影響 42 圖 4.3.3 未使用溫控與溫控在25˚C、27˚C之量測比較 43 圖 4.3.4 加入溫控後改變off time,曲線一致 44 圖 4.4.1 EL之半高寬 45 圖 4.4.2 不同深度之EL半高寬在120mA之比較 46 圖 4.4.3 不同深度之EL半高寬在360mA之比較 46 圖 4.4.4 定溫25度EQE曲線圖 47 圖 4.4.5 不同深度之EQE值在120mA的比較 47 圖 4.4.6 不同深度之EQE值在360mA的比較 48 圖 4.5.1 溫度升高EQE比較圖 48 圖 4.5.2 深度2.65um之EQE隨溫度上升情形 49 圖 4.5.3 不同電流之下磊晶品質優劣對T-droop的影響 50 表目錄 表 2.1 藍寶石基板材料特性 7 表 2.2 常用氮化物極化常數表 16 表 2.3 蝕刻方式比較表 19 表 3.1 光源與解析度對照表 26 表 3.2 ICP-RIE蝕刻二氧化矽薄膜參數 37 表 4.1 最佳測量設定 44 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 探討具不同深度之圖案化藍寶石基板上發光二極體於高溫操作下之效率衰減 | zh_TW |
dc.title | Investigation of temperature dependent efficiency droop for light-emitting diodes on patterned-sapphire substrates with various depths | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 104-1 | |
dc.description.degree | 碩士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 林瑞明,孫建文,吳肇欣,林致廷 | |
dc.subject.keyword | 氮化鎵類發光二極體,圖案化藍寶石基板,電子束微影,微奈米結構,效率衰減, | zh_TW |
dc.subject.keyword | GaN-based Light-emitting diodes,Nano-Pattered Sapphire Substrates,Micro nanostructures,Electron-beam Lithography,Efficiency Droop, | en |
dc.relation.page | 54 | |
dc.rights.note | 未授權 | |
dc.date.accepted | 2016-02-15 | |
dc.contributor.author-college | 電機資訊學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 光電工程學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 光電工程學研究所 |
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