第四章 結果與討論
4.2 平面與斜向氧化鋅薄膜應用於 UV LED 之研究
(左)圖 4-14. 平面與斜向氧化鋅薄膜成長於氮化鎵之 XRD 圖譜。
(右)圖 4-15. 平面與斜向氧化鋅薄膜成長於氮化鎵之 PL 光譜圖。
將平面與斜向氧化鋅應用於 UV LED，其發光特性固然重要，但是材料特
性也是很重要的一環，由圖 4-14可以觀察出繞射角度分別位在~34 跟~72 度，有 很明顯的強度，而兩張插圖則是分別針對兩個繞射角度附近做進一步的細掃觀察，
發現到由 30 度至 40 度細掃的結果，有兩根分別為 ZnO (002) 跟 GaN (002) 的峰 值，而且 ZnO (002) 峰值強度大於 GaN (002)，以及由 70 度至 80 度細掃的結果，
也是有兩根分別為 ZnO (004) 跟 GaN (004) 的峰值，而且 ZnO (004) 峰值強度明 顯大於 GaN (004)，不論是平面或是斜向的氧化鋅薄膜都是呈現如此的結果，圖 4-15為 PL 光譜圖，可發現波長分別位於~380nm 跟~430nm 兩個波包，波長~380nm 是由氧化鋅 Near band edge 發光所產生，而波長~430nm 則是由 p 型氮化鎵，導 電帶躍遷至深層受體能接(Deep acceptor)所產生，平面氧化鋅的光譜是以 p 型氮 化鎵的發光所主導，而斜向氧化鋅薄膜則是完全以氧化鋅的近能帶邊緣發光所主 導，造成此實驗結果的原因，在此推測是由於，當激發雷射光，在進入到樣品時，
激發光子還來不及到達 p-GaN 層，斜向氧化鋅那一層發光了，而形成幾乎都是 斜向氧化鋅那一層在發光，而只有些微 p-GaN 層在發光，由此實驗結果，可以 判定本實驗的斜向氧化鋅膜品質相當不錯。
4.2.1 平面與斜向氧化鋅薄膜 UV LED 之元件性能與效率分 析
(左)圖 4-16. 平面與斜向氧化鋅 UV LED 電流電壓特性圖。
(右)圖 4-17. 平面與斜向氧化鋅 UV LED 之光強度對 WPE 分析圖。
本小節是針對平面與斜向氧化鋅的 UV LED 元件做元件的各項分析，其中 包含：性能、效率與發光特性，首先是元件的電流電壓特性之量測分析的結果，
如圖 4-16所示，可以發現到，不論是平面與斜向氧化鋅 UV LED 元件都具有二 極體的整流特性，此外可以明顯發現到，斜向氧化鋅 UV LED 元件具有更優化 的表現，同樣在 0~30 (V)的量測區間，電流提升非常多，而且導通電壓(Turn on voltage)，也下降很多，由~5 V 下降至~10V，在看到，-5~+30 (V)，將電流取絕 對值後，以對數刻度表示，而繪製而成的 I-V 特性曲線，可以發現到在~5 V 的 漏電流有下降一些，由~0.193 (mA)下降至~0.044 (mA)，將近一個數量級，另外 也發現到，在小電壓下(-5 ~ +5 V)，在正電壓的電流卻比負電壓小，推測是由於，
因為在元件接面處的 Band offset 很大，因此給負偏壓時，空乏區被拉扯之後，
變得比零偏壓穩定時，來的更窄更細，因此載子都直接穿隧過空乏區導致。圖 4-17 是將在不同電流下電激發光光譜不同的積分面積的大小作為輸出光的光強 度，與進一步運算出的功率轉換效率，隨電流變化做進一步的分析，可以發現平 面氧化鋅的紫 UV LED 元件之發光強度較斜向氧化鋅的 UV LED 元件要來的高，
這是由於平面氧化鋅的 UV LED 元件的電激發光光譜是由缺陷發光所主導(積分
面積較大)，反觀斜向氧化鋅的 UV LED 元件，是由 Near band edge 發光所主導(積 分面積較小) 所導致，從功率轉換效率的部分發現平面與斜向氧化鋅的 UV LED 元件都在電流為 10mA 達到最大值，接著因為熱的因素，都發生下降的情形，另 外可以注意到平面氧化鋅的 UV LED 元件下降幅度較大，因此可藉此推論，斜 向氧化鋅的紫外光發光二極體之效率較高。
4.2.2 平面與斜向氧化鋅薄膜 UV LED 之發光特性分析
(左)圖 4-18. 平面氧化鋅 UV LED 之 EL 光譜圖。
(右)圖 4-19. 平面氧化鋅薄膜 UV LED 之 EL 光譜分析圖。
(左)圖 4-20. 斜向氧化鋅薄膜 UV LED 之 EL 光譜圖。
(左)圖 4-21. 斜向氧化鋅薄膜 UVLED 之 EL 光譜分析圖。
接著是將平面與斜向氧化鋅的 UV LED 元件做電激發光光譜量測分析的結 果，平面氧化鋅的 UV LED 元件的部分，如圖 4-18所示，可以發現到，在小電 流時(0~20mA)主要是以氧化鋅的 Deep level emission 缺陷在發光，將電流提升至 30mA 時，開始出現，波長~380nm，Near band edge 的發光，而隨著再增加至 50mA，
該波長的發光越來越強，在大於 40mA 後就是由該波長發光所主導，該部分也有 做進一步的分析，如圖 4-19 所示，是將不同電流的電激發光光譜之發光波長與 半高寬做分析，可發現到在小電流時，因為是缺陷在主導發光的原因，所以發光 波長與半高寬都較大，雖然在 30mA 開始出現 Near band edge 的發光，但是發光 強度還不足於缺陷發光，要在 40mA，之後才開始主導，因此呈現如此結果。而 斜向氧化鋅的 UV LED 元件的部分，可如圖 4-20所示，在 0~60mA 的量測區間 都是以 Near band edge 發光為主，而且隨著電流越提升，發光強度越強，針對 EL 發光波與半高寬再進一步的分析時，如圖 4-21所示，也是如此結果，仍然發 現到發光波長因為隨著電流慢慢提升，而產生紅移的現象，該部分推測是因為熱 的因素所造成。