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壓電極化 (piezoelectric polarization,Ppz )

壓電極化 (piezoelectric polarization,Ppz ). 壓電極化場是因為在長晶過程中，磊晶層與基板晶格不匹配，因此在層與層間的電荷受到晶格形變所產生之作用力而累積在接面處。 材料與材料之間的晶格常數差異過大，薄膜將會產生形變 ( strain ) ，而造成異質接面上應力的累積。 當薄膜成長之厚度超越臨界厚度 ( critical thickness ， dc ) 時，應力 會藉由介面間之差排缺陷 ( dislocation ) 而釋放。. 形變 ( strain ).

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壓電極化 (piezoelectric polarization,Ppz )

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  1. 壓電極化(piezoelectric polarization,Ppz) • 壓電極化場是因為在長晶過程中，磊晶層與基板晶格不匹配，因此在層與層間的電荷受到晶格形變所產生之作用力而累積在接面處。 • 材料與材料之間的晶格常數差異過大，薄膜將會產生形變 ( strain )，而造成異質接面上應力的累積。 • 當薄膜成長之厚度超越臨界厚度 ( critical thickness，dc ) 時，應力會藉由介面間之差排缺陷 ( dislocation ) 而釋放。

  2. 形變 ( strain ) • 形變，或稱晶格不匹配 (lattice mismatch，ε ) 之計算公式為： a0 a0=a1， ε =0 Epitaxial Layer a1 Substract

  3. a0 a0 Epitaxial Layer a1 Substract a1 a0>a1， ε 為負值壓縮形變(compressivestrain)

  4. a0 a0 Epitaxial Layer a1 a1 Substract a0<a1， ε 為正值舒張形變(tensilestrain)

  5. 3-5族氮化物材料參數表

  6. 材料間與材料間的形變

  7. 總結 • 極化效應的存在會影響元件的能帶結構及量子效率，此現象在量子井 ( Quantum Well，QW ) 中更是明顯，即所謂的量子侷限效應 。( Quantum Confined Stark Effect, QCSE )並且，QCSE 對於較寬的量子井影響更加顯。 Eg GaN/InGaN 理想無極化之能帶示意圖 GaN/InGaN 極化之能帶示意圖

  8. 能帶在強大的極化電場作用下嚴重地傾斜，因此電子與電洞各別被侷限於量子井的兩側，導致電子與電洞的波函數 ( wave function ) 在動量空間上的重疊率下降，而增加輻射復合發光之生命期 ( radiative lifetime )、降低電子與電洞的輻射復合速率 ( radiative recombination rate ) 及內部量子效率，並且發光波長較長於極化效應較低的量子井波長，產生紅位移 ( red shift )。

  9. 參考資料 • 國立中央大學電機工程學系碩士論文:氮化鋁鎵/氮化鎵/氮化銦鎵電流散佈層應用於大面積氮化銦鎵發光二極體 ，陳鵬壬 • 國立彰化師範大學光電科技研究所碩士論文:變化井障厚度對氮化銦鎵藍光發光二極體Efficiency Droop 之研究，盧盈充 • 國立中央大學電機工程研究碩士論文:氮化鋁鎵/氮化鎵高電子移導率電晶體製作於矽基板與藍寶石基板之特性比較與應用電路，鄭紹章

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