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研究生:吳晉坤
研究生(外文):Chin-Kun Wu
論文名稱:銦鋅氧化物(IZO)透明導電薄膜應用於高功率GaN基LED之研究
論文名稱(外文):The Study of High Power GaN-Based LEDs with Transparent Indium-Zinc-Oxide Films
指導教授:王水進
指導教授(外文):Shui-Jinn Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:微電子工程研究所碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:銦鋅氧化物透明導電薄膜
外文關鍵詞:IZOGaN-Based LEDs
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  本論文旨在針對氮化鎵發光二極體(GaN-based Light Emitting Diodes,GaN-based LEDs)進行大面積結構設計,嘗試找出一具高輸出光功率及高流明通量之LED製程技術,並深入探討具有優越電流擴展(Current spreading)能力之透明導電材料銦鋅氧化物(IZO)應用於不同面積與電極設計之GaN基LED時,對其光電特性改善效應,並以之進行高功率、高亮度GaN基LED之研製。
  於本研究中,所採用IZO薄膜係利用射頻濺鍍系統(Radio-Frequency Magnetron sputtering system)進行沉積成長。經針對所得薄膜進行光學與電性分析並藉由濺鍍參數之適當調變,於室溫下利用下列製程參數:以120瓦射頻功率,通入流量20 sccm的純氬氣,反應腔壓力維持在5×10-3 Torr,於11分22秒的濺鍍時間下,可得到厚度約3000Å,最佳電阻率為3.4�e10-4 Ω-cm,在藍光波長區間(465 - 475 nm)平均穿透率為90%以上之IZO薄膜,且經由霍爾(Hall)量測結果顯示所得IZO薄膜為一n型高濃度透明導電材料。
  於元件應用方面,係利用IZO薄膜作為GaN基LED之透明導電層(TCL)以增加其發光效率。由於IZO/p-GaN之接觸特性為蕭基接觸,我們使用熱處理過後之氧化-鎳(25Å)/金(45Å)薄金屬層作為IZO薄膜與p-GaN間的中介層,實驗結果顯示將p-GaN/氧化-鎳/金作適當熱處理後,再於其上成長IZO薄膜,將可獲得良好的歐姆接觸特性。
  本實驗將IZO薄膜應用於GaN基LED,且與傳統氧化-鎳/金層作TCL的製程相比較,得到在LED面積1.5 �e 1.5 mm2,p-GaN/氧化-鎳(25Å)/金(45Å)與IZO(3000Å)製程,於350 mA工作電流條件下,分析其光輸出功率(LOP)對電流的特性具有62.12%之改善,且發現在IZO透明導電材料的應用之下,隨著LED元件設計面積的增加,其LOP改善幅度較傳統使用氧化-鎳/金層作TCL製程更為顯著。
  In this thesis, the fabrication and characteristics of large-area (0.6�~ 0.6 mm2 ~ 1.5�~1.5 mm2) high power GaN-based LEDs with an IZO overlay are presented. The effectiveness of IZO TCL for high power LEDs with different sizes and electrode designs was investigated. Indium-Zinc-Oxide (IZO) films were prepared by RF magnetron sputtering system. By suitably adjusting the deposition condition, the IZO film with thickness of 300 nm has an optimum resistivity of 3.4�~10-4 Ω-cm and an average transparency above 90% in blue light range (465 – 475 nm). Our experimental results indicate that, for the LEDs with oxidized-Ni(2.5 nm)/Au(4.5 nm) contact to p-GaN under an injection current of 350 mA, the use of a 300-nm-thick IZO layer resulting in about 62.12% improvement in Lop has been achieved.
目 錄
中文摘要 …………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 …………………………………………………………………………Ⅲ
誌 謝 ……………………………………………………………………………Ⅳ
目 錄……………………………………………………………………………Ⅴ
表目錄……………………………………………………………………………Ⅷ
圖目錄……………………………………………………………………………Ⅸ
第一章 緒論 ……………………………………………………………………1
1.1高功率GaN基LED之發展……………………………………………………1
1.2銦鋅氧化物(IZO)透明導電薄膜之應用 …………………………………2
第二章 高功率GaN基LED元件製備 ……………………………………………5
2.1 GaN基LED工作原理…………………………………………………………5
2.2 IZO薄膜之基本光電特性 …………………………………………………6
2.2-1 IZO薄膜之光學特性分析 ………………………………………………7
2.2-2 IZO薄膜之電性特性分析 ………………………………………………8
2.2-3 IZO薄膜成膜系統與鍍膜參數 …………………………………………9
2.3元件製作流程 ………………………………………………………………11
2.3-1磊晶成長 …………………………………………………………………12
  2.3-2晶片清洗 …………………………………………………………12
  2.3-3微影製程定義p-GaN平台(mesa)區域……………………………13
  2.3-4 p-GaN的活化……………………………………………………14
  2.3-5微影製程定義p-GaN透明導電層(TCL)-氧化-鎳/金……………14
2.3-6微影製程定義p-GaN透明導電層-IZO薄膜 ………………………16
2.3-7微影製程定義p-GaN/n-GaN接觸電極 ……………………………17
2.3-8藍寶石基板研磨/拋光處理 ………………………………………17
2.3-9蒸鍍Al金屬薄膜作為光反射層 …………………………………18
2.3-10晶片切割………………………………………………………………18
第三章 IZO薄膜應用於高功率GaN基LED之特性分析 ………………………19
3.1 IZO薄膜應用於GaN基LED大面積設計下之可行性 ……………………19
3.2 IZO薄膜不同成長厚度對於光穿透率與電阻率之間的關係 …………20
3.2-1 IZO薄膜厚度對光穿透率的比較 ………………………………………20
3.2-2 IZO薄膜厚度對片電阻與電阻率的關係……………………………21
3.3 IZO薄膜應用於不同LED面積與電極設計之比較 ……………………………22
3.3-1於不同LED電極幾何圖案設計之應用 ………………………………………22
3.3-2 於不同LED出光面積設計之應用 ……………………………………23
3.4 IZO薄膜之應用對發光主波長(Wd)之影響 ………………………………24
第四章 光反射層應用於高功率GaN基LED之改善分析 ………………………26
第五章 結論 ……………………………………………………………………29
第六章 未來工作與建議 ……………………………………………………………………………………31
參考文獻 ………………………………………………………………………33
自傳 ……………………………………………………………………………59
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