以有機金屬化學氣相磊晶法成長氮化物藍光與綠光發光二極體

Abstract

本論文探討以有機金屬化學氣相磊晶法成長氮化物半導體，並利用氮化物研製藍光及綠光發光二極體。在磊晶成長方面，我們發現增加氮化鎵結晶層成長時的V/III比會改善高溫氮化鎵層的晶體結構，同時也會提高高溫氮化鎵層的電子遷移率。次外我們嘗試的在純氧的環境當中活化鎂摻雜的氮化物，並且得到良好的p-型半導體特性。在InGaN薄膜的磊晶研究中發現，要得到較高銦(indium)含量的薄膜，必須要降低薄膜的成長溫度以及增加銦反應源的流量。在鎂摻雜的InGaN薄膜研究中，我們成長出非常高濃度（1.65×1019 cm-3）的p-型InGaN薄膜。當我們升高溫度去成長InGaN/GaN中的GaN位能障層，會使得InGaN量子井的厚度減少並使得PL的波長往高能量的地方位移。PL的位移可能是因為量子井的厚度減少加上InGaN和GaN間的應力減少所造成的。 關於研製氮化物發光二極體部分，我們將Si摻雜在多重量子井中並研究其影響。我們發現Si摻雜可以降低發光二極體的操作電壓並且提高發光亮度。此外我們研製了一種非對稱電荷共振穿遂 (charge asymmetric resonance tunneling) 發光二極體結構。這種結構的發光二極體操作電壓只有3.18V，比一般的氮化物發光二極體都還要低。而且，這種結構的發光二極體的發光亮度也比一般的氮化物發光二極體還要亮。這是因為在結構中InGaN發射層將電流散開而降低了操作電壓而且使得亮度比較亮。對於綠光發光二極體我們研究兩種不同的發光機制。當量子井中的壓電場很大時，PL與EL的波長會相差很大。當PL與EL的波長接近時可能是因為局部化的高濃度銦使得波長能夠到達短波長的區域。