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研究生： 楊武璋
W. Z. Yan
論文名稱： 低溫分子束磊晶成長砷化銦鎵及其特性研究
The Growth and characteristics of LTG-InGaAs on InP Substrates
指導教授： 黃金花
J. H. Huang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年： 2001
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 89
中文關鍵詞： 磷化銦 、砷化銦鎵 、低溫成長 、缺陷
外文關鍵詞： InP, InGaAs, Low temperature Growth, Photoluminescence, Photoreflectance, nonradiative, defect
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    • 摘要
    本論文主要利用Varian Gen-II分子束磊晶系統所不同溫度(480℃，300℃，及210℃)成長砷化銦鎵，並在不同熱處理條件之下(600℃及700℃退火)，進行各種電性及光性的特性分析，以了解低溫成長層的缺陷性質，及缺陷對光電性質的影響。

    在本文中，將介紹砷化銦鎵的材料背景及砷化鎵的低溫性質及文獻回顧。

    另外，將完整介紹由分子束磊晶成長砷化銦鎵的成長機制及製程方法，並對成長過程中會影響晶體品質的參數：分子束流量，成長溫度，III/V族流量比等加以討論。

    實驗中發現，在愈低的成長溫度，excess As的缺陷濃度愈高，造成的結果為低溫成長的n-型載子濃度愈高，且在經過退火之後，載子濃度略微降低；而在退火之後，原本低溫成長時膨脹的晶格，亦回復為一般成長溫度時的大小，退火對低溫成長層的缺陷消除，確有助益。利用Be的加入也有助於低溫成長層的缺陷的消除。

    我們也觀察到，因為低溫成長層的高濃度缺陷，使其carrier life time比起一般的砷化銦鎵低了約10倍，對快速元件的製作有所幫助；而由Photoluminescence及Photoreflectance的量測發現低溫成長層對光inactive特性，此一特特可以利用做為電子元件及光電元件的buffer layer，以減少對元件特性的影響。

    第一章 緒論 ……………………………………………………………1 1.0簡介 …………………………………………………………….1 1.1研究動機 ……………………………………………………….2 1.2研究方法與論文架構 ………………………………………….2 第二章 文獻回顧 ……………………………………………………6 2.1低溫成長砷化鎵 ……………………………………………….6 2.2低溫成長砷化銦鎵 …………………………………………….7 2.3未來砷化銦鎵的發展 ………………………………………….8 第三章 分子束磊晶成長砷化銦鎵的機制 ………………………….14 3.0 分子束磊晶系統簡介 ……………………………………….14 3.1 高真空中表面重構 ………………………………………….14 3.2 晶片表面的氧化層 ………………………………………….15 3.3 三族分子源流量比 ………………………………………….16 3.4 III-V族的等效壓力比 ……………………………………….17 3.5 長晶時晶片的溫度 ………………………………………….18 3.6 載子摻雜 …………………………………………………….19 第四章 磊晶流程與樣品製備 ……………………………………….27 4.1樣品結構 ……………………………………………………..27 4.2分子束磊晶 …………………………………………………..28 4.2.1基板準備 ………………………………………………28 4.2.2磷化銦晶片清洗 ………………………………………28 4.2.3晶片載入 ………………………………………………29 4.2.4晶片成長 ………………………………………………29 4.3樣品處理 ……………………………………………………..31 4.3.1選擇性蝕刻液的選擇 …………………………………31 4.3.2 歐姆電極的製作 ……………………………………...32 第五章 量測結果與討論 ………………………………………….41 5.1霍爾量測分析 ………………………………………………41 5.1.1不同成長溫度下的載子濃度 ………………………..41 5.1.2不同退火溫度的影響 …………………………………42 5.2 X-ray 繞射結果 ………………………………………………44 5.2.1判定晶格mismatch 及成份界定 …………………...44 5.2.2成長溫度及摻雜對磊晶層晶格的影響 ………………45 5.2.3退火溫度及摻雜對磊晶層晶格的影響 ………………46 5.3 電流-電壓(I-V)特性分析 …………………………………49 5.3.1量測平台 ………………………………………………49 5.3.2電流-電壓量測 ……………………………………..49 5.3.3照光後的I-V curve …………………………………51 5.3.4不同溫度條件下的I-V曲線 ………………………..53 5.4光調制反射光譜結果分析 …………………………………54 5.4.1實驗儀器的架構與功能 …………………………….54 5.4.2光調制反射光譜的原理 …………………………….55 5.4.3光調制反射光譜的結果討論 ………………………..56 5.5冷激光譜(Photoluminscence)分析 ………………………..58 5.5.1冷激光譜簡介 …………………………………………58 5.5.2冷激光譜量測結果 …………………………………….59 第六章 結論 ……………………………………………………….84 6.1總結 ……………………………………………………….84 參考文獻 ……………………………………………………………86

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