簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 馮天璟
Feng, Tian-Jing
論文名稱: 磁控濺鍍銦錫氧化物於P型氮化鎵之歐姆接觸與光電特性分析
Study of Indium Tin Oxide Optoelectronic Characteristics and Ohmic Contact with p-GaN by Magnetron Sputtering
指導教授: 賴韋志
Lai, Wei-Chih
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 63
中文關鍵詞: 磁控濺鍍氮化鎵歐姆接觸銦錫氧化物發光二極體
外文關鍵詞: LED, p-GaN, sputtering, ohmic, ITO
相關次數: 點閱:75下載:3
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
  •   本實驗以射頻磁控濺鍍法(RF Magnetron Sputter)來成長銦錫氧化物(ITO)透明導電膜於P型氮化鎵(p-GaN),利用傳輸線模型(TLM)研究其在P型氮化鎵(p-GaN)上的歐姆接觸特性,並濺鍍於雙拋藍寶石(Sapphire)基板上對其光電特性進行分析且將此薄膜成長在氮化鎵藍色發光二極體(LED)上與傳統以電子束(E-beam)蒸鍍之ITO相互比較,探討其光電特性差異。
      實驗中,利用改變了製程的手法,獲得使用濺鍍成長的ITO薄膜與p-GaN能形成歐姆接觸的條件,而能形成歐姆接觸的原因是因為改變了ITO與p-GaN的接面,沉積的ITO薄膜使得p-GaN表面不會受到電漿的傷害,解決以往使用濺鍍成長導電薄膜無法與p-GaN有歐姆接觸的問題。使用濺鍍功率80W成長的ITO薄膜,經高溫爐管在氮氣環境中600℃熱處理5分鐘,與p-GaN得到最佳的特徵接觸電阻(ρc)為1.2×10-2 Ω-cm2,且穿透率於可見光波段380 nm~700 nm高於90%。
      將ITO薄膜成長在氮化鎵藍色發光二極體上與E-beam蒸鍍之ITO相互比較光電特性發現,經600℃熱處理5分鐘後,使用Sputter成長的ITO薄膜體電阻率平均為3.75×10-4 Ω-cm,E-beam成長的ITO薄膜體電阻率為7.52×10-4 Ω-cm,Sputter成長的ITO薄膜所得到的特徵接觸電阻為1.44×10-2 Ω-cm2,E-beam成長的ITO薄膜特徵接觸電阻為2.20×10-2 Ω-cm2。應用於LED時,在20 mA注入時,使用Sputter ITO的LED其順向導通電壓(Vf)為3.23 V,串聯電阻為10.29 Ω,E-beam ITO的LED Vf為3.33 V,串聯電阻為13.73 Ω。順向導通電壓(Vf)降低了0.1 V,而串聯電阻降低了3.44 Ω。因為Sputter成長的ITO有較低的片電阻率,所以有較佳的電流散佈(Current spreading)效果,能減少LED因為電流聚集效應所降低的光輸出,在300 mA的電流注入下,S3000 LED光輸出功率為27.13 mW比E3000 LED光輸出功率22.80 mW,多了4.33 mW,增加約19%。
      本實驗成功將濺鍍法成長的ITO透明導電層應用於氮化鎵發光二極體上,解決了電漿對p-GaN表面的傷害,而成功的使ITO與p-GaN有良好的歐姆接觸特性,且有更好的電流散佈。因此,證明了使用濺鍍法成長ITO於LED上的製程,足以取代以往的電子束蒸鍍。

     In this experiment, transparent and conductive indium tin oxide (ITO) film were deposited on p-GaN and sapphire by the rf magnetron sputter system. Investigation of ohmic contact between ITO on p-type GaN determined by the transmission line model (TLM), and discussed optoelectronic characteristics of ITO on Sapphire. We had compared the ITO films on nitride-based light emitting diodes by sputtering and electron beam evaporation.
     We had demonstrated the ITO film as ohmic contacts on p-type GaN by sputtering. The ITO contact on p-GaN was an ohmic property after heat treatment process at an alloying temperature of 600℃ for 5min in nitrogen ambient. The lowest specific contact resistance of ITO contact on p-GaN was 1.2×10-2 Ω-cm2. And the ITO films showed high transmittance(>90%)in the visible wavelength range.
    GaN-based LEDs with Sputter ITO and E-beam ITO contact layers were fabricated for the optoelectronic characteristics study. The forward voltage was 3.23 V and 3.33 V for the LEDs with Sputter ITO and E-beam ITO contact layer under 20 mA current injection, respectively. The forward voltage of the LED with E-beam ITO contact layer was higher 0.1 V than the LED with Sputter ITO contact under 20 mA current injection. The series resistance was 10.29 Ω and 13.73 Ω for the LEDs with Sputter ITO and E-beam ITO contact layer, respectively. The LED with Sputter ITO had lower sheet resistance and better current spreading than with E-beam ITO contact layer. The output power was 27.13 mW and 22.80 mW for the LEDs with Sputter ITO and E-beam ITO contact layer under 300 mA current injection, respectively. However, the light output power of the LED with Sputter ITO contact layer was larger 19% than the LED with E-beam ITO contact under 300 mA current injection.
     These results revealed that the ITO deposited by the rf magnetron sputter system was better than electron beam evaporation system for on LED fabrication process.

    摘要...................................................I Abstract..............................................III 致謝...................................................V 目錄..................................................VI 表目錄................................................IX 圖目錄................................................X 第一章 序論..........................................1 參考文獻..............................................3 第二章 實驗原理與量測儀器............................5 2.1 氧化銦錫(ITO)薄膜特性..........................5 2.2 濺鍍原理.........................................7 2.3 霍爾效應(Hall Effect)..........................8 2.4 掃描式電子顯微鏡................................11 2.5 原子力顯微鏡....................................12 2.6 傳輸線模型理論(TLM)...........................13 參考文獻.............................................19 第三章 銦錫氧化物在P型氮化鎵上之歐姆接觸製程與特性研究.....21 3.1 ITO薄膜製程.....................................22 3.1.1 樣品清洗.....................................22 3.1.2 濺鍍製程.....................................23 3.1.3 透明導電膜在P型氮化鎵上之TLM製程.............23 3.2 ITO在P型氮化鎵上之歐姆接觸與光電特性分析....29 3.2.1 改變預濺鍍時間對ITO與P型氮化鎵歐姆接觸影響....29 3.2.2 改變濺鍍功率對ITO與P型氮化鎵歐姆接觸影響.....30 3.2.3 熱處理溫度對ITO與P型氮化鎵歐姆接觸影響.......31 3.2.4 ITO薄膜之光電特性分析........................31 3.2.5 結論與分析...................................32 參考文獻............................................40 第四章 銦錫氧化物應用於氮化鎵發光二極體之製程與特性研究.....41 4.1 ITO薄膜光電特性之分析研究......................41 4.1.1 不同ITO薄膜之電性............................42 4.1.2 不同ITO薄膜之光學性質........................43 4.1.3 不同ITO薄膜之表面形貌........................44 4.2 ITO在氮化鎵發光二極體(LED)上之製程...........45 4.3 銦錫氧化物(ITO)應用於氮化鎵發光二極體特性研究......47 4.4 結論與分析.....................................49 參考文獻............................................60 第五章 結論與未來展望..............................61 5.1 結論...........................................61 5.2 未來展望.......................................62

    [1].S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64, 1687 (1994).
    [2].T. Mukai, D. Morita, and S. Nakamura, J. Cryst. Growth 189/190, 778 (1998).
    [3].S.Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diodes (Springer, Heidelberg,1997) .
    [4].T. Mukai, H. Narimatsu, and S. Nakamura, Jpn. J. Appl. Phys. 37, 479 (1998).
    [5].S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada, and T.Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 34, 1332 (1995).
    [6].S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, Jpn. J. Appl. Phys. 30, 1998 (1991).
    [7].陳秉宏,“利用電子束蒸鍍技術成長氧化鋅鋁摻雜釔之透明導電薄膜應用於氮化鎵藍色發光二極體之研究”,國立成功大學光電與工程研究所,碩士論文(2008)
    [8].彭立琪,“氧化鋅鋁摻雜釔之透明導電薄膜材料特性與其應用在氮化鎵藍光發光二極體之研究”,國立成功大學光電科學與工程研究所,(2007)

    [9].G. B. González, T. O. Mason, and J. P. Quintana, JAP 96 7 (2004).
    [10].AP:A D.H.Zhang H.L.Ma, Appl. Phys. A 62 487-492 (1996).
    [11].John C.C.Fan, and John B. Goodenoubh, J. Appl. Phys. Vol.48(8),p.35, (1997).
    [12].I. Hamberg and C. G. Granqvist PRB ,30,6 (1984).
    [13].白木靖寬、吉田貞史 著,王建義 譯,“薄膜工程學”,第三版,全華圖書股份有限公司(2009)
    [14].呂助增,“真空技術與應用",國家實驗研究院 儀器科技研究中心,(2001)
    [15].Donald A. Neamen “Semiconductor Physics & Devices”, Third Edition (半導體物理與元件,譯者:李世鴻),美商麥格羅‧希爾國際股份有限公司,P.200)
    [16].施敏 著,黃調元 譯,“半導體元件物理與製作技術”,第二版,交大出版社(2010)
    [17].陳盈宏,“用空隙陣列結合圖案化基板改善氮化鎵發光二極體之光電特性",國立成功大學光電科學與工程研究所(2011)
    [18].Dieter K. Schroder, “Semiconductor Material and Device Characterization 2nd” , p.147.
    [19].葉智禮,“氧化鋅鎵之透明導電膜材料特性與應用在氮化鎵發光二極體上之研究”,國立中央大學光電科學研究所(2008)
    [20].楊明輝,“透明導電膜”,藝軒圖書出版社,p.101.
    [21].日本學術振興會 透明酸化物光‧電子材料第166委員會編,“透明導電膜之技術”, Ohmsha發行,(1999),p. 182.
    [22].木村浩、渡邊弘、石原哲、鈴木義雄、伊東孝,真空第30卷第6號(1987) ,p.546.
    [23].徐國偉,“氧化鋅鎵透明導電薄膜之光電特性與其在氮化鎵上歐姆接觸特性之研究",國立成功大學光電科學與工程研究所,(2006)
    [24].陳宏彬,“光學薄膜之原理與應用”,精儀中心簡訊67期,(2005)
    [25].郭俊頡,“利用RF濺鍍技術於室溫下將ITO成長在塑膠基板上之研究”,國立中山大學光電工程研究所,碩士論文,(2005)
    [26].蔡宗典,“超薄ITO 透明導電膜應用在觸控面板之研究”,國立中央大學光電科學研究所碩士論文,(2008)

    下載圖示 校內:2015-07-27公開
    校外:2017-07-27公開
    QR CODE