| 研究生: |
陳原信 Chen, Yuan-Hsin |
|---|---|
| 論文名稱: |
應用選擇性活化改善氮化鎵系列發光二極體亮度之研究 Improvement in light-output intensity of GaN-based LED devices by selective area activation |
| 指導教授: |
洪茂峰
Houng, Mau-Phon 王永和 Wang, Yeong-Her |
| 學位類別: |
碩士 Master |
| 系所名稱: |
電機資訊學院 - 微電子工程研究所 Institute of Microelectronics |
| 論文出版年: | 2003 |
| 畢業學年度: | 91 |
| 語文別: | 英文 |
| 論文頁數: | 77 |
| 中文關鍵詞: | 氮化鎵 、發光二極體 、選擇性活化 |
| 外文關鍵詞: | GaN, light emitting diode, selective area activation |
| 相關次數: | 點閱:84 下載:1 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
在本篇論文中,我們在p型電極下方產生一高電阻區(SHRR),藉以阻擋電流流通,達到等效於電流阻障層(current blocking layer)的效果,用以增進氮化鎵發光二極體的光輸出效率。在傳統發光二極體設計中,不透明p型電極下所產生的光,其結果不是被電極吸收就是被反射,然後被元件材料本身吸收掉。在我們所提出的SHRR設計中,p型電極所覆蓋的氮化鎵被刻意地定義成具有較高電阻率的區域,進而達到阻擋電流流通及減少光線在p型電極下產生的機會。在定電流測試下,電流會自然地繞過我們刻意定義的高電阻區(SHRR),轉向其他電阻率較低的部分,即未被p型電極所覆蓋的區域,而達到我們所要求的提昇光輸出功率及元件效率。值得一提的是:由於高電阻區的關係, p型電極周圍的電流擁擠效應會有一定程度的減少,所以對於光輸出效率也會有所貢獻。
15%的光輸出增益,再配合低成本及製程簡單,使得SHRR這項技術在半導體工業中更具有價值。
A novel selective high resistivity region (SHRR) is created under the p-pad metal electrode of a normal GaN LED. In conventional designs, light generated under the opaque p-pad metal contact is absorbed or reflected back by the contact and lost. In the SHRR design, the area under the p-pad contact is selectively given a higher resistance, reducing current flow and light generation under the contact. Under constant current testing, the current normally passing through the SHRR region is instead distributed over the visible (i.e. useful) area of the device, resulting in significantly increased light-output power and device efficiency. Further, current crowding under the p-pad electrode is reduced, contributing to light-output efficiency.
The approximately 15% increase in light-output power coupled with low cost and ease of implementation make SHRR of value to the semiconductor industry.
[1] L.McCarthy, P. Kozodoy, M. Rodwell, S. DenBaars, and U. Mishra, Compound Semiconductor 4(8), 16 (1998)
[2] F. Ren, C. R. Abernathy, J. M. Van Hove, P. P. Chow, R. Hickman, J. J. Klaasen, R. F. Kopf, H. Cho, K.B. Baca, and S. J. Pearton, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 41 (1998)
[3] S. Nakamura, T. Mukai and M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64, 1987 (1994)
[4] S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa and S. I. Nagahama, Jpn. J. Appl. Phys. 34, L797 (1995)
[5] W. Xie, D. C. Grillo, R. L. Gunshor, M. Kobayashi, H. Jeon, J. Ding, A. V. Nurmikko, G. C. Hua, and N. Otsuka, Appl. Phys. Lett. 60, 1999 (1992)
[6] D. E. Eason, Z. Yu, W. C. Hughes, W. H. Roland, C. Boney, J.W. Cook, Jr., J.F. Schetzina, G. Cantwell and W. C. Harasch, Appl. Phys. Lett. 66, 115 (1995)
[7] D. Schmitz, E. Woelk, G. Strauch, M. Deschler, and H. Jurgensen, Materials Science and Engineering: B. 43, 228 (1997)
[8] H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994)
[9] J. S. Foresi, T. D. Moustakas, Appl. Phys. Lett.62, 702 (1993)
[10] H. Morkoc, S. Strite, G. B. Gao, M. E. Lin, B. Sverdlov, and M. burns, J. Appl. Phys. 76, 1363 (1994)
[11] H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, and Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett. 48, 353 (1986)
[12] I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu, N. Sawaki, J. Crystal Growth 98, 209 (1989)
[13] I. Akasaki, H. Amano, Journal of Crystal Growth 163,86 (1996)
[14] H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, N. Sawaki, and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 28, L2112 (1989)
[15] S. Nakamura, N. Iwasa, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 1258 (1992)
[16] S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64, 1687 (1994)
[17] H. AMANO, S. KAMIYAMA, and I. AKASAKI, Proceeding of the IEEE 90, 1015 (2002)
[18] S. M. Sze, Physics of semiconductor devices (John Wiley & Sons, 1969), pp.369-370
[19] S. W. Kim et al., Appl. Phys. Lett. 76, 3079 (1998)
[20] Z. Fan, S. N. Mohammad, W. Kim, O. Aktas, A. E. Botchkarev, and H. Morkoc, Appl. Phys. Lett. 68, 1672 (1996)
[21] S. J. Cai, R. Li, Y. L. Chen, L. Wong, W. G. Wu, S. G. Thomas, and K. L. Wang, Electron Lett. 34, 2354 (1998)
[22] M. A. Khan, J. N. Kuznia, A. R. Bhattarai, and D. T. Olson, Appl. Phys. Lett. 62, 1786 (1993)
[23] B. P. Luther, S. E. Mohney, J. M. Delucca, and R. F. Karlicek, Jr., J. Electron. Mater. 27, 196 (1998)
[24] S. Ruvimov, Z. L. Weber, J. Washburn, K. J. Duxstad, E. E. Haller, Z.F. Fan, S. N. Mohammad, W. Kim, A. E. Botchkarev, and H. Morkoc, Appl. Phys. Lett. 69, 1556 (1996)
[25] B. P. Luther, S. E. Mohney, T. N. Jackson, M. A. Khan, Q. Chen, and J. W. Yang, Appl. Phys. Lett. 70, 57 (1997)
[26] L. F. Lester, J. M. Brown, J. C. Ramer, L. Zhang, S. D. Hersee, and J. C. Zolper, Appl. Phys. Lett. 69, 2737 (1996)
[27] J. C. Zolper, D. J. Rieger, A. G. Baca, S. J. Pearton, J. W. Lee, and R. A. Stall, Appl. Phys. Lett. 68, 538 (1996)
[28] J. Burn, K. Chu, W. A. Davis, W. J. Schaff, L. F. Eastman, and T. J. Eustis, Appl. Phys. Lett. 70, 464 (1997)
[29] T. Mori, T. Kozawa, T. Ohwaki, and Y. Taga, Appl. Phys. Lett. 69, 3537 (1996)
[30] G. Mohs, B. Fluegel, H. Giessen, H. Tajalli, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 67, 1515 (1995)
[31] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagaham, N. Iwasa, T. Matsushuta, H. Kiyiku, and Y. Suimoto, Appl. Phys. Lett. 68, 3269 (1996)
[32] H. Ishikawa, S. Kobayashi, Y. Koide, S. Yamasaki, S. Nagai, J. Umezaki, M. Koike, and M. Murakami, J. Appl. Phys. 81, 1315 (1997)
[33] J. K. Sheu, Y. K. Su, G. C. Chi, W. C. Chen, C. Y. Chen, C. N. Huang, J. M. Hong, Y. C. Yu, C. W. Wang, and E. K. Lin, J. Appl. Phys. 83, 3127 (1998)
[34] D. J. King, L. Zhang, J. C. Raner, S. D. Hersee, and L. F. Lester, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 468, 421 (1997)
[35] T. Kim, J. Khim, S. Chae, and T. Kim, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 468, 427 (1997)
[36] J. K. Kim, J. L. Lee, J. W. Lee, H. E. Shin, Y. J. Park, and T. Kim, Appl. Phys. Lett. 73, 2953 (1998)
[37] J. S. Jang, H. G. Kim, K. H. Park, C. S. Um, I. K. Han, S. H. Kim, H. K. Jang, and S. J. Park, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 482, 1053 (1998)
[38] J. S. Jang, I. S. Chang, H. K. Kim, T.Y. Seong, S. Lee, and S. J. Park, Appl. Phys. Lett. 74, 70 (1999)
[39] Ho Won Jang, Ki Hong Kim, Jong Kyu Kim, Soon-Won Hwang, Jung Ja Yang, Kang Jae Lee, Sung-Jin Son, and Jong-Lam Lee, Appl. Phys. Lett. 79, 1822 (2001)
[40] Chen-Fu Chu, C. C. Yu, Y. K. Wang, J. Y. Tsai, F. I. Lai, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 77, 3423 (2000)
[41] Y. Koide, H. Ishikawa, S. Kobayashi, Y. Yamasaki, S. Nagai, J. Umezaki, M. Koike, M. Murakami, Appl. Surface. Science, 373 (1997)
[42] X. A. Cao, S. J. Pearton, G. Dang, A. P. Zhang, F. Ren, and J. M. V. Hove, Appl. Phys. Lett. 75, 4130 (1999)
[43] J. L. Lee, J. K. Kim, J. W. Lee, Y. J. Park, and T. Kim, Solid-state Electronics 43, 435 (1999)
[44] J. K. Kim, J. L. Lee, J. W. Lee, H. E. Shin, Y. J. Park, and T. Kim, Appl. Phys. Lett. 73, 2953 (1999)
[45] J. K. Kim, J. L. Lee, J. W. Lee, Y. J. Park, and T. Kim, J. Vac. Sci. Technol. B17, 497 (1999)
[46] J. L. Lee, J. K. Kim, J. W. Lee, Y. J. Park, and T. Kim, J. Electrochem. Soc. 3, 53 (2000)
[47] A. P. Zhang, B. Luo, J. W. Johnson, F. Ren, J. Han, and S. J. Pearton, Appl. Phys. Lett.79, 3636 (2001)
[48] Y. Koide, T. Madea, T. Kawakami, S. Fujita, T. Uemura, N. Shibata, and M. Murakami, J. Electr. Mater. 28, 341 (1998)
[49] J. K. Ho, C. S. Jong, C. N. Huang, C. Y. Chen, C. C. Chiu, and K. K. Shih, Appl. Phys. Lett. 74, 1275 (1999)
[50] J. K. Ho, C. S. Jong, C. C. Chiu, C. N. Huang, K. K. Shih, L. C. Chen, F. R. Chen, and J. J. Kai, J. Appl. Phys. 86, 4491 (1999)
[51] M. Suzuki, T. Kawakami, T. Arai, S. Kobayashi, Y. Koide, T. Uemura, N. Shibata, and M. Murakami, Appl. Phys. Lett. 74, 275 (1999)
[52] J. A. Van Vechten, J. D. Zook, R. D. Horning and B. Goldenberg: Jpn. J. Appl. Phys. 31, 3662 (1992)
[53] S. J. Chang, Y. K. Su, T. L. Tsai, C.Y. Chang, C. L. Chiang, C. S. Chang, T. P. Chen and K. H. Huang: Appl. Phys. Lett. 78, 312 (2001)
[54] B. A. Hull, S. E. Mohney, H. S. Venugoplan and J. C. Ramer: Appl. Phys. Lett. 76, 2271 (2000)
[55] S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 32, L8 (1993)
[56] S. J. Pearton, J. W. Lee, and C. Yuan, Appl. Phys. Lett. 68, 2690 (1996)
[57] M. Miyachi, T. Tanaka, Y. Kimura, and Hiroyuki Ota, Appl. Phys. Lett. 72, 1101 (1998)
[58] Y. Kamiura, Y. Yamashita, and S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L970 (1998)
[59] S. J. Chang, Y. K. Su, T. L. Tsai, C. Y. Chang, C. L. Chiang, C. S. Chang, T. P. Chen, and K. H. Huang, Appl. Phys. Lett. 78, 312 (2001)
[60] I. Waki, H. Fujioka, M. Oshima, H. Miki and A. Fukizawa, Appl. Phys. Lett. 78, 2899 (2001)
[61] Y. C. Cheng, C. C. Liao, S. W. Feng, C. C. Yang, Y. S. Lin, K. J. Ma, C. C. Chou, C. M. Lee, and J. I. Chyi, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 2143 (2001)
[62] B. A. Hull, S. E. Mohney, H. S. Venugopalan, and J. C. Ramer, Appl. Phys. Lett. 76, 2271 (2000)
[63] T. C. Wen, S. C. Lee, W. -I Lee, T. Y. Chen, S. H. Chan, and J. S. Tsang, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L495 (2001)
[64] C. H. KUO, S. J. CHANG, Y. K. SU, L. W. WU, J. K. SHEU1, C. H. CHEN and G. C. CHI, Jpn. J. Appl. Phys. 41, L112 (2002)
[65] M. R. Krames et al., Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999)
[66] J. J. Wierer, Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001)
[67] G. B. Stringfellow et al., “High Brightness Light Emitting Diodes”, Academic Press, chap. 5 (1997)
[68] H. Kim, J. M. Lee, C. Huh, S. W. Kim, D. J. Kim, S. J. Park, and H. Hwang, Appl. Phys. Lett. 77, 1903 (2000)
[69] J. K. Ho, C. S. Jong, C. C. Chiu, C. N. Huang, and K. K. Shih, Appl. Phys. Lett. 74, 1275 (1999)
[70] J. K. Sheu, Y. K. Su, G. C. Chi, P. L. Koh, M. J. Jou, C. M. Chang, C. C. Liu, and W. C. Hung, Appl. Phys. Lett. 74, 2340 (1999)
[71] J. K. Sheu, G. C. Chi, and M. J. Jou, IEEE Electron Device Lett. 22, 160 (2001)
[72] J. K. Sheu, J. M. Tsai, S. C. Shei, W. C. Lai, T. C. Wen, C. H. Kou, Y. K. Su, S. J. Chang, and G. C. Chi, IEEE Electron Device Lett. 22, 460 (2001)
[73] T. Margalith, O. Buchinsky, D. A. Cohen, A. C. Abare, M. Hansen, S. P. DenBaars, and L. A. Coldren, Appl. Phys. Lett. 74, 3930 (1999)
[74] S. M. Pan, R. C. Tu, Y. M. Fan, R. C. Yeh, and J. T. Hsu, IEEE Photonics Technology Lett. 15, 646 (2003)
[75] Chul Huh, Ji-Myon Lee, Dong-Joon Kim, and Seong-Ju Park, J. Appl. Phys. 92, 2248 (2002)
[75] I. Schnitzer, E. Yablonovitch, C. Caneau, T. J. Gmitter, and A. Schere, Appl. Phys. Lett. 63, 2174 (1993)
[76] S. M. Pan, R. C. Tu, Y. M. Fan, R. C. Yeh, and J. T. Hsu, IEEE Photonics Tech. Lett. 15, 649 (2003)
[77] C. Huh, K. S. Lee, E. J. Kang, and S. J. Park, J. Appl. Phys. 93, 9383 (2003)
[78] M. R. Krames et al., Appl. Phys. Lett. 75, 2365 (1999)
[79] J. J. Wierer et al., Appl. Phys. Lett. 78, 3379 (2001)
[80] I. Waki, H. Fujioka, and M. Oshima, J. Appl. Phys 90, 6500(2001)
[81] S. Nakamura, N. Iwasa, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 1258 (1992)
[82] Y. Kamii, I. Waki, H. Fujioka, M. Oshima, H. Miki, M. Okuyama, Applied Surface Science 190, 348 (2002)
[83] J. K. Kim, J. H. Je, J. W. Lee, Y. J. Park, T. Kim, In-On Jung, B. T. Lee, J. L. Lee, Journal of Electronic Materials 30, L8 (2001)
[84] S. X. Jin, J. Li, J. Y. Lin, and H. X. Jiang, Appl. Phys. Lett. 77, 3236 (2000)
[85] H. Kim, Seong-Ju Park, and H. Hwang, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES 48, 1065 (2001)