由前面章節我們知道溅鍍氮化鎵薄膜金半金光偵測器，經過多次暗電流掃描後，暗 電流值會下降且其電流在低偏壓的情況下，呈現反向的電流，如圖 6.1 所示，然而暗電 流下降的現象是其與 MOCVD 氮化鎵金半金偵測器皆有，但溅鍍氮化鎵薄膜金半金光偵測 器較為明顯，而反向電流的現象是在溅鍍氮化鎵薄膜金半金光偵測器我們才量測的到，
雖然反向電流的現象在陷阱幫助穿透理論的參考資料，他們在 MOCVD 氮化鎵薄膜金半金 光偵測器有量到此一現象，但我們在 MOCVD 氮化鎵薄膜金半金光偵測器並沒有觀察到此 一現象，我們相信這跟表面缺陷數目及陷阱釋放電子的時間有關，所以才會有些樣品可 以量到此一現象，有些不行量到。
然而我們所製作的溅鍍氮化鎵薄膜金半金光偵測器有如此明顯的現象，所以我們相 信是因為溅鍍氮化鎵薄膜含有大量的缺陷，以及陷阱釋放電子的速率剛好在可被我們儀 器所量測到的範圍，因此才量到如此明的現象。圖 6.1 的現象可以簡單的以下列各圖來 解釋，第一次量測暗電流時，如圖 6.2 所示，其中量測儀器HP4145 電壓接的位置如圖 所示，電流為正的方向如圖所示，金屬半導體介面的陷阱大部分都沒抓電子，因此沒有 很多電子往金屬端釋放或流動，所以第一次量到的暗電流會最大且沒有反向電流，但經 過多次連續量測後，其電子分布狀態如圖 6.3 所示，當我們施予的偏壓很小或為零時，
由陷阱釋放電子傾向往金屬端掉且所造成電子流動電流Itrap比因外加偏壓所造成的電子
當中，所以施予偏壓有如在充電一般。
6.2 溅鍍氮化鎵金半金暗電流持續現象
我們在對溅鍍氮化鎵薄膜金半金光偵測器施予偏壓時就好像是對它在充電一般，電 會儲存在陷阱當中，如圖 6.4 所示，當我們偏壓固定 5 volt時，暗電流大小逐漸下
6.1 溅鍍氮化鎵金半金暗電流持續現象簡介
流動電流IV還要大，所以在低偏壓或零偏壓時，我們會量到相反的電流值，這些現象代 表大量電子儲存於陷阱
子
趨近一定值，圖中約第 30 秒的時間點為不施加電壓約 2 秒左右再施予固定電壓，很 constant)，β是衰減指數(decay exponent)值小於一， Ecapture為捕抓能障高度(capture barrier height)也為一個等效的能態位置(states)如圖 6.6 所示，而k為波茲曼常數
oltzmann＇s constant)及T為絕對溫度。
因此我們以這個關係式來模擬我們在 0volt所量到的反向的暗電流衰減情形，所以 將Ippc(t)換成Idark(t)，Ippc(0)換成暗電流初始值Idark(0)，τ的關係式不變，但t項我們要 再變成t+t0，這是由於我們的實驗中無法準確掌控起始時間，因此我們以下式 6.3 模擬 (B
逼近我們的結果
I ( t ) = I ( 0 ) exp[ − ( t
0+ t )
β], ( β < 1 )
[式 6.3]
∝ exp( E
capture/ kT ) τ
dark dark
τ
o o
所以我們的逼近參數包含Idark(0)，t0，τ及β這四個參數，而我們的逼近方法是利用最 小平方法再搭配Matlab軟體(見附錄四)幫助我們找出最佳的參數解，其逼近曲線以 26.5 C及 100 C為例如下圖 6.7，而各種溫度下的重要參數結果如表 6.1 所示，其中β隨 溫度增加略微上升，與參考資料[2]的現象一致，而τ隨溫度T上升而下降，與式 6.2 中的τ與溫度的關係相符合，另外我們可以將式 6.2 取自然對數，得下式
ln τ ∝ E
capture/ kT
[式 6.4]所以我們將所得衰減時間常數τ數據對溫度倒數(1/T)作圖及可以由斜率得到捕抓能障 高度(capture barrier height) E ，結果如圖 6.8 所示，所得捕抓能障高度(capture barrier height) E 約為 0.4eV，然而參考資料[1]為MBE成長的p型氮化鎵，其經照 光之後的PPC所求出來捕抓能障高度(capture barrier height) Ecapture約為 0.129eV，而 參考資料[2]是MOCVD成長的矽摻雜氮化鎵，其經照光之後的PPC所求出來捕抓能障高度 (capture barrier height) Ecapture約為 0.2eV，所以我們由暗電流持續電流所求出的值 與他們差不多。
C
capture
圖 6.1 溅鍍氮化鎵薄膜再經多次偏壓掃瞄暗電流，在低偏壓約 0~5 volt 時呈現反向電
Reverse dark current
(f)
(a)sputtered GaN dark-1 (b)sputtered GaN dark-2 (c)sputtered GaN dark-3 (d)sputtered GaN dark-4
(e)sputtered GaN after 20sec dark-1 (f)sputtered GaN after 20sec dark-2
0.0 6 -10 1.2x10-9
0.0 0.1 0.2 0.3
.0x10
Pure MOCVD GaN MSM detectors
(e) (d)
(a)A2667a GaN dark-1 (b)A2667a GaN dark-2 (c)A2667a GaN dark-3 (d)A2667a GaN dark-4
(e)A2667a GaN after 20sec dark-1 (f)A2667a GaN after 20sec dark-2