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研究生: 陳金宏
Chan, Jin-Hung
論文名稱: 鈷鎵共摻雜氧化鋅薄膜覆蓋於氮化鎵發光二極體之光、電特性研究
The optical and electrical effect of GaN based light emitting diode covered (Co,Ga) ZnO thinfilm
指導教授: 黃榮俊
Huang, Jung-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 73
中文關鍵詞: 鈷鎵共摻雜氧化鋅發光二極體
外文關鍵詞: Light-emitting diodes (LED), (Co,Ga) doped ZnO
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  • 本研究利用脈衝雷射濺鍍系統成長鈷、鎵共摻雜氧化鋅稀磁性氧化物薄膜覆蓋於氮化鎵發光二極體,研究其光、電特性,並在外加磁場的狀況下觀察其元件電性特性的變化。
    在薄膜磁阻的部分,我們發現在室溫下Co5%ZnO、Co7%ZnO、Co5%Ga2.5%ZnO這三種樣品於外加磁場500 oe即可量測到磁阻的變化。
    在LED元件量測中,於注入電流20mA時發現覆蓋ZnO、Co5%ZnO、Co7%ZnO、Co5%Ga2.5%ZnO的LED元件,其光輸出功率分別為4.62mW(3.36V)、4.86mW(3.32V)、4.81mW(3.40V)、5.5mW(3.82V),並計算其功率轉換效率(output power/input power)分別為6.80%、7%、7.07%及7.20%。
    此外將LED元件置於外加磁場下量測其電性,發現覆蓋Co5%ZnO、Co7%ZnO、Co5%GaZnO薄膜的LED在外加磁場下,外加電流20mA時,最高可分別降低順向導通電壓(Vf) 0.04V、 0.036V、0.08V。

    In the research, the Zn1-x-yCoxGayO thin films were grown on n-GaN termination of light-emitting diodes (LEDs) by pulsed laser deposition to study optical and electrical properties. The electrical properties of LEDs by applying a magnetic field have been studied.
    In magnetoresistance(MR) measurement, we found that the MR of Co5% ZnO, Co7% ZnO and Co5 % Ga2.5% ZnO three samples at room temperature can be observed when a magnetic field is applied to 500 Oe.
    In LEDs Measurements, when the LEDs are covered ZnO, Co5%ZnO, Co7% ZnO and Co5%Ga2.5%ZnO thin film, the optical output power are 4.62mW (3.36V), 4.86mW (3.32V), 4.81mW (3.40V) and 5.5mW (3.82V), respectively. The efficiency (output power / input power) are 6.80%, 7%, 7.07% and 7.20%, respectively when the injected current is 20mA.
    In addition, the electrical properties of the LEDs are studied by applying a magnetic field. When the injected current is 20mA, the forward voltage (Vf) of LEDs covered Co5% ZnO, Co7% ZnO and Co5% GaZnO thin film in the magnetic field can be reduced to 0.04 V, 0.036V and 0.08V, respectively in the maximum.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目次 V 圖目錄 VIII 表目錄 XI 第一章 前言 1 1-1 研究背景與動機 1 1-2自旋電子學發展[1] 1 1-3發光二極體發展 4 1-4 文獻回顧 5 1-4.1 Metal-insulator transition in Co-doped ZnO:magnetotransport properties 5 1-4.2 Effects of spin-polarized injection and photo-ionization of MnZnO film on GaN-based light-emitting diodes 8 1-5 研究動機 11 第二章 相關材料與理論介紹 12 2-1氧化鋅薄膜特性簡介 12 2-2稀磁性半導體理論 13 2-2.1平均場理論(Mean Field Theory) 13 2-2.2磁性物質的種類 16 2-3磁性來源機制 18 2-3.1超交換耦合機制(superexchange interaction) 18 2-3.2 雙交換耦合機制(Double exchange) 19 2-3.3交互巡迴式鐵磁性(Itinerant Ferromagnetism) 20 2-3.4侷限載子式鐵磁性(Localized Carrier) 20 2-3.5束縛磁極化子模型(Bound Magnetic Polaron Model) 21 2-4磁電阻效應 23 2-5霍爾效應原理 23 2-6發光二極體基本原理 25 第三章 儀器介紹與實驗步驟 27 3-1脈衝雷射沉積儀(PLD) 27 3-1.1 PLD簡介 27 3-1.2靶材製作 28 3-2反射高能電子繞射儀簡介 29 3-3霍爾效應量測 32 3-4直流電阻率量測 34 3-5磁阻量測及變溫下磁阻量測 34 3-6實驗步驟 36 3-6.1 Zn1-x-yCoxGayO薄膜與Zn1-x-yCoxGayO/n-GaN之薄膜特性研究流程 36 3-6.2 Zn1-x-yCoxGayO薄膜覆蓋氮化鎵發光二極體負極之光、電特性量測實驗方法 39 第四章 Zn1-x-yCoxGayO薄膜特性研究 43 4-1 EDS(Energy Dispersive System)元素分析 43 4-2 Zn1-x-yCoxGayO薄膜分析 45 4-2.1 Zn1-x-yCoxGayO薄膜成長在Al2O3(0001)基板上XRD結果與討論 45 4-2.2 Zn1-x-yCoxGayO薄膜結構分析 46 4-3 Zn1-x-yCoxGayO薄膜載子濃度與漂移率 48 4-4 Zn1-x-yCoxGayO薄膜磁阻變化 49 第五章 Zn1-x-yCoxGayO薄膜覆蓋於LED負極特性研究 54 5-1 Zn1-x-yCoxGayO薄膜覆蓋於氮化鎵發光二極體負極 54 5-2 通氧成長Zn1-x-yCoxGayO覆蓋於氮化鎵發光二極體負極之電壓電流特性 56 5-3通氧成長Zn1-x-yCoxGayO覆蓋於氮化鎵發光二極體負極之光特性 57 5-4通氧成長Zn1-x-yCoxGayO覆蓋於氮化鎵發光二極體負極於外加磁場下之電性特性研究 62 第六章 結論 71 Reference 72

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