實驗結果與討論

4-1 ITO 電性分析比較

在 300℃~650℃，每間隔 50℃做電性分析，以下各溫度之霍爾電 性量測

圖 十八.ITO 電性圖量測

4-2 藍光 Wafer 各層電性量測分析比較

表六.n⁺-InGaN(Ni/ITO=10nm/250nm)電性

RTA 溫度℃ RTA 時間 RC(Ω) ρC(Ω-cm²) Rsh(Ω)

未退火 無 27.899 8.64E-4 90.1

350 2mins 34.84 1.24E-3 97.9

400 2mins 22.32 5.02E-4 99.3

450 2mins 31.145 9.66E-4 100.4

500 2mins 29.565 1E-3 87.2

550 2mins 21.655 5.5E-4 85.2

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表七.n-GaN(Ti/Al=50nm/250nm)電性 420~450℃之區間，超過 450 度將會使電阻率上升，若應用於電極則 將不易使電子或電洞穿越金半接面，因此 Ni/ITO 電極退火時，可以 以 此 數 據 做 為 退 火 之 參 考 依 據 . 由 以 上 數 據 分 析 顯 示 ， 如表 六 n+-InGaN 採用 450℃(2 分鐘)，如表七 n-GaN 採用 600℃(30sec)可得 最佳之電性，故 LED 選擇此兩種合金當作電極使用.為何 n+-InGaN 採用 Ni/ITO 而不採 Ni/Au，乃是因為穿透率之故，2002 年 Y.C. Lin 和 S.J. Chang 團隊對於 p-GaN 和 InGaN/GaN LED 電極，嘗試運用 Ni/Au，Ni/ITO 和 ITO 三種材料當作其電極作一系列探討，傳統是以 Ni/Au 當作電極使用，為了滿足發光的要求，故必須做得很薄，其可

略小於 ITO 電極，約 86.6%，但卻可以形成良好的電性，其中 Ni 的 厚度將控制在 10nm 以下，以利其形成 NiO 型態，而介面處 NiO 之 N 空缺與 O 空缺呈現為 P 型半導體之狀態，且 NiO 層中的空穴濃度高 達 1.3X10¹⁹cm^-3 ，比普通 p-GaN 高出 1~2 order，將有利於將降低介面 間的能障高度，因此介面接之電子與電洞將可輕易的通過介面。

4-3 LED L-I & I-V Curve

圖 十九.LED 電性圖及外部量子效率圖

左圖為 LED I-V 圖顯示藍光 LED 約 4V 開通，由公式得知 RS(並 聯電阻)= 62.96Ω，RP(串聯電阻)=5.3M Ω，簡圖如下

圖 二十.串聯與並聯電阻於 LED PN 接面示意圖

二極體結構中常產生不必要之寄生電阻，即表示串聯電阻與並聯電阻 對電性之影響，其中影響串聯電阻的原因有:

1)過大的接觸電阻(Rc)

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2)空乏區中本身高阻值

I − V

其上便為外部量子效率(EQE)之推導;接下來介紹的是本次實驗整體 結構圖如下所示:

圖 二十一.OEIC 架構簡圖

由圖中可觀察到不同於文獻的地方乃是利用乾式蝕刻技術將其 2.5μm 厚度之 n-GaN，蝕刻成約 100~150nm 之薄層 n-GaN 當作通道 層，並使用閘極偏壓大小來控制其發光亮度;據文獻探討，當 LED 磊 晶 HEMT 上時，於 HEMT 最上層之 AlGaN 層與 LED 磊晶層經格常 數差異過大，將導致薄膜會因彼此間應力造成破裂現象發生;另一問 題為 HEMT 磊晶 LED 上方，由於 LED 多重量子井磊晶溫度約 700 多度，而 HEMT 磊晶約 1050 度以上，故相對會影響到 LED 效率，

故此作法藉已處理了:(1)LED 磊晶於 HEMT 上方晶格不匹配，

(2)HEMT 磊晶於 LED 上方磊晶溫度差異過大，已解決的上述等等 所會遭遇到的問題，也節省掉磊晶 HEMT 結構之複雜性;首先將介紹 其單一元件之電性，爾後將其整合於同一磊晶平面上時量測電性、光 性，高頻調變將在下面依序做討論。

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4-4 MOSFET I

-V

，I

-V

，I

-V

& I

-V

Curve

圖 二十二. MOSFET IDS-VDS & 漏電流曲線

圖 二 十 二(a) 可 觀 察 到其 開 通 電 阻 值 Ron=105(Ω)，其開關在 VGS=-2V 時將通道關閉，當 VGS=2V 時，電流值最高可達 1052mA/mm，

故屬 Normally on 之型態，須在閘極加逆向偏壓方可將通道中之電子 排開，使其通道關閉，圖二十二(b)則為當 VDS=2，4，6V 時，所得 IDS

電流值，由圖中可探討其臨限電壓(Vt)均為 VGS=-2、5V，表示只要當 電壓超過-2、5V，通道便會開啟，隨著 VDS持續上升，其通道中電子 流動數量相對的變多，通道最終飽和 1052mA/mm 以上便不會上升，

而 Ioff^、=8.56X10^-4A，相較於其他文獻值，少於兩個 Order，故其拴鎖 能力較佳，而轉導意味著通道中閘極電壓排開載子與吸附載子的能力，

與 文 獻 值 比 較 ， 100mS/mm ， 而 本 次 實 驗 結 果 之 最 大 轉 導 值 Gmax=368.51ms/mm，所以排開電子使通道導通之能力，將可判斷開

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關切換快慢的一個指標，以上為個別元件電性探討，下面將介紹整合 於同一磊晶面上之光性、電性及其高頻調變能力。

4-5 OEIC I-V Curve & V-L Curve

圖 二十三. OEIC VGS & VDD 調變光輸出功率

左圖為 LED 與 MOSFET 元件相結合於同一晶片上所量測之 I-V& L-I 曲線圖，紅色部分為各閘極電壓所限制之電流值，黑色為 所發光之功率大小，舉例來說，當 VGS=-1V 時，VDD 若小於 5.3V 以 前，電流值與發光功率將隨著 LED 導通與否來判定，一旦超過 5.3V 後，由於閘極電壓 VGS=-1V 時限流之故，使得整體電路總電流限制 在約 2.8mA，發光強度約 5μw，表示通道尚未完全開啟，而可以發現 到一點就是通道中電流與發光功率將不會隨著 VDD 增加而有所變動，

而是呈現飽和狀態下，因此閘極電壓有調變電流值大小之功用，進而 調控 LED 之發光強度;右圖則為其固定 VDD 值，舉例來說，當 VDD=7V 時，只要 VGS超過 0.5V 時電流值便開始呈穩定狀態，其電

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流值也不會因閘極電壓攀升而有所變動，因為已達電路的最大臨限值;

而當 VDD 持續增大至 15V 時，通道電流與發光功率仍呈線性上升趨 勢，故閘極可穩定的壓控電路呈一恆定值狀態。

4-6 PMW(脈衝寬度調變) OEIC Circuit

圖 二十四. PMW 脈衝寬度調變電路

如上圖所示，於 OEIC MOSFET 電路輸入端(VGS)給予方波之訊 號，並以示波器跨接於其兩側(Channel 1，紅色部分)，示波器的另一 訊號線則跨接在 VDS(Channel 2，藍色部分)，藉以給予各個不同之頻 率值，以量測其電路之頻寬範圍，由下圖顯示，一旦其電路頻率操作 在 10kHz 以上時，其輸出端之波形將會有失真現象發生，因此在調 變過程裡，f=0~10kHz 時其輸入端脈波將可穩定的調控其 LED 之發 光亮度、至於失真原因判斷為金半接面上之載子，於開關切換速度過

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快，導致載子無法順利完全排出，因此會有類似 RC 充放電之現象發 生。

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