第五章 結果與討論
5.1 基本方程分析
5.1.3 漏電流對效率下降的影響
圖 5.11 為不同阻擋層(Al Ga Nx 1x )鋁含量 x 下的外部量子效率與 LED 電流關係圖。由圖 5.11 可觀察到，漏電流要在很高的電流密度(約
3 3
4 10 A/cm
)才能影響 EQE 曲線，因此諸如 EQE 峰值、效率下降起 始電流、低電流密度下的效率下降率等主要是被主動區複合機制所決 定的參數，是不會隨著 x 而改變的。圖 5.12、5.13 分別為
x
0.05與x
0.4電流成份與載子濃度關係 圖。由圖 5.12 可觀察到，漏電流在載子濃度大約為1 10 cm
20 -3時超越 歐傑復合電流進而成為總電流主導項。圖 5.13 顯示，x
0.4的情況下 是幾乎沒有漏電流的。不同鋁含量導致漏電流差異甚大的主因，來自 於電子阻擋層的能隙會隨著鋁含量的減少而下降，因而造成氮化銦鎵 與氮化鋁鎵的導帶偏移(Conduction band offset)隨之下降。較小的導帶 偏移將使電子局限能力下降，進而促成漏電流的產生。圖 5.11 不同阻擋層鋁成份比之外部量子效率與 LED 電流的關係圖。
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圖 5.12
x
0.05電流成份與載子濃度關係圖。圖 5.13
x
0.4電流成份與載子濃度關係圖。41
圖 5.14 為不同阻擋層鋁含量之外部量子效率與主動區載子濃度 的關係圖。由圖 5.14 可發現一旦漏電流產生，EQE 將會快速地衰減 至零。這是因為漏電流增加速度是主動區載子濃度之指數關係，故一 旦漏電流發生即能快速超越主動區其他復合電流，成為總電流的主導 項，因而導致注入效率快速下降，連帶造成 EQE 快速地衰減。
圖 5.14 不同阻擋層鋁含量之外部量子效率與主動區載子濃度的關係圖。
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5.2 量測結果模擬
藍、綠光 LED 模型相關參數如表 5.2 所列:
表 5.2 藍、綠光 LED 模型相關參數。
參數當中 SRH 復合係數是模型的自由度，輻射復合係數[10]與歐 傑復合係數[11]皆為理論值，元件面積是由圖 4.1 估算而得，主動區 有效能隙是量測所得的最小光子能量，銦含量是利用最小光子能量並 參考相關製程論文估算而得[12, 13, 14]，阻擋層厚度是參考相關製程 論文估算而得[12, 13, 14]，元件溫度在脈衝模式量測下視為室溫，有 效主動層體積、主動層有效厚度與光萃取效率皆為模型計算結果。
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圖 5.15 藍光 LED 實驗與模擬結果之外部量子效率與電流密度關係圖。
圖 5.16 綠光 LED 實驗與模擬結果之外部量子效率與電流密度關係圖。
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圖 5.17 藍光 LED 電流成份與主動區載子濃度關係圖。
圖 5.18 綠光 LED 電流成份與主動區載子濃度關係圖。
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EQE 曲線。這個為了滿足全域數據而被低估的 SRH 復合係數就是導 致 IQE 峰值被高估的原因。若我們在有效主動層體積固定下，只將 注意力集中在 EQE 峰值發生前的區域，我們確實能獲得與藍光 LED 差不多的光萃取效率，然而模擬數據與實驗結果會在中、高電流密度 產生相當大的誤差。這種只滿足局部區域的模擬方式顯然與我們要探 討效率下降原因的動機相違背。以上結果暗示著有效主動層體積若為 載子濃度或偏壓的函數，將能提升我們模型的精確度。除了有效主動 層體積外，也有可能是採用的等效結構過於簡化，不足以說明實際元 件的磊晶結構。
除了模型的改進外，若能對 LED 做更多模型相關參數的量測，
也有助於提升模型的正確性。最理想的情況是知道元件的磊晶結構，
同時再搭配自洽求解，這將大幅地提升模型的準確度，待以後有更進 一步的研究。
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綜合以上分析可知，若能使有效主動層體積變大，將能大幅地改 善綠光 LED 效率下降的現象。有助於解決 LED 照明當中“green-gap”
的問題。
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附錄 阻擋層與主動區電洞準費米能階差
ΔEF之推導
E
F 是以熱激發電流模型(Thermionic emission current model)決 定[15]，詳細淨電洞流流向如圖附 1 所示:
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簡歷
姓名: 傅志正
出生日期: 77 年 10 月 29 日
學歷: 私立中原大學電子工程學系 (96.9~100.6) 國立交通大學電子所固態組 (100.9~102.9) 信箱: [email protected]