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研究生: 張凱焜
Chang, Kai-Kuen
論文名稱: Ⅲ族氮化物半導體在Si(110)基板上之成長及其物性研究
Research of Ⅲ-Nitrides on Si(110) substrates:Epitaxial Growth and Fundamental Properties
指導教授: 果尚志
Gwo, S.
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: Ⅲ族氮化物X光繞射儀
外文關鍵詞: Si(110), Ⅲ-Nitrides, XRD
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  • 本篇論文旨在利用分子束磊晶法在Si(110)基板上成長Ⅲ族氮化物,舉凡氮化鋁、氮化鎵和氮化銦等,並用反射式高能電子繞射儀(Reflection High Energy Electron Diffraction,RHEED)即時監控薄膜品質,並用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)分析表面形貌,並藉由X光繞射儀(X-ray Diffraction,XRD)分析其晶格結構,再利用拉曼光譜儀(Raman scattering)研究晶格振動態模式,和光致螢光光譜(Photoluminescence,PL)量測其發光特性,透過這些分析,徹底了解和比較在Si(110)基板上成長的Ⅲ族氮化物有何特別的特性。
    在結構分析上,在Si(110)上成長的Ⅲ族氮化物為- C軸的烏采結構(wurtzite structure),其晶格品質佳。我在此論文中分析氮化鋁緩衝層的重要性,而由於Si(110)的自然劈裂面為Si(1-11)極易劈裂,其對應至Ⅲ族氮化物的劈裂方向為(10-10)(m-plane)。在高解析X光繞射分析得知表面有非等向性應力分佈。在拉曼分析中得知其為近乎無應力的烏采結構,並與在Si(111)上成長的樣品一致。
    在光致螢光光譜的分析中發現成長氮化鎵的發光波段在3.41 eV,且有較小的半高寬;並決定氮化銦薄膜的發光波段在0.67 eV,我進而對此樣品作改變入射光強度和改變收光極化方向的光譜量測,也得到不受應力產生的壓電場極化(piezoelectric polarization)影響的光學特性。在電性分析上,我利用霍爾量測決定其電子遷移率和載子濃度,並和在Si(111)上成長的Ⅲ族氮化物比較。
    藉由上述的分析,我們可以全盤了解在Si(110)上成長Ⅲ族氮化物的特性,也由於Si(110)的易劈裂性等優勢,提供一個全盤的基礎分析讓在矽基板上成長Ⅲ族氮化物的研究更具有多元且便利性。


    目錄 第一章 簡介................................ 1 1.1 氮化鎵的發展背景................................... 3 1.2 氮化銦的發展背景................................... 5 1.3 在Si(110)基板上成長Ш族氮化物的文獻回顧.............6 第二章 儀器介紹與原理...................... 9 2.1 電漿輔助式分子束磊晶系統(PAMBE).................. 9 2.2 反射式高能電子繞射儀(RHEED).......................15 2.3 X光繞射儀(XRD).....................................19 2.4 拉曼散射光譜(Raman Spectrum).......................23 2.5 光致螢光光譜(PL)...................................33 第三章 Ⅲ族氮化物的磊晶成長................39 3.1 基板的選擇.........................................39 3.2 成長方式...........................................44 第四章 實驗分析............................52 4.1 氮化鋁緩衝層的結構分析.............................52 4.2 氮化鎵的物性研究...................................59 4.3 氮化銦的物性研究...................................66 第五章 結論................................71 第六章 參考文獻............................72

    [1.1] V. W. L. Chin, T. L. Tansley, and T. Osotchan, J. Appl. Phys. 75,7365(1994).
    [1.2] B. E. Foutz, S. K. O’Leary, M. S. Shur, and L. F. Eastman, J. Appl. Phys.
    85,7727(1999)
    [1.3] N. Holonyak, Jr., and S. F. Bevacqua, Appl. Phys. Lett. 1, 82 (1962).
    [1.4] H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, and Y. Toyoda, Appl. Phys. Lett. 48,
    353(1986).
    [1.5] H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu, and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 28, L2121
    (1989).
    [1.6] S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 32, L16(1993).
    [1.7] F. M. Steranka, J. Bhat, D. Collins, L. Cook, M. G. Craford, R. Fletcher, N.
    Gardner, P. Grillot, W. Goetz, M. Keuper, R. Khare, A. Kim, M. Krames, G.
    Harbers, M. Ludowise, P. S. Martin, M. Misra, G. Mueller, R. Mueller-Mach, S.
    Rudaz, Y.-C. Shen, D. Steigerwald, S. Stockman, S. Subramanya, T. Trottier,
    and J. J. Wierer Phys. Status Solidi (a) 194, 380(2002).
    [1.8] R. Juza, and H. Hahn, Z. Anorg. Allg. Chem, 239,282(1938).
    [1.9] H. J. Hovel, and J. J. Cuomo, Appl. Phys. Lett. 20, 71 (1972).
    [1.10] J. W. Trainor, and K. Rose, J. Electron. Mater. 3, 821(1974).
    [1.11] J. Wu, W. Walukiewicz, K. M. Yu, J. W. Ager III, E. E. Haller, H. Lu, W. J.
    Schaff, Y. Saito, and Y. Nanishi, Appl. Phys. Lett. 80, 3967(2002).
    [1.12] V. Yu. Davydov, A. A. Klochikhin, V. V. Emtsev, D. A. Kurdyukov, S. V. Ivanov,
    V. A. Vekshin, F. Bechstedt, J. Furthmüller, J. Aderhold, J. Graul, A. V. Mudryi,
    H. Harima, A. Hashimoto, A. Yamamoto, E. E. Haller, Phys. Status Solidi B 234,
    787(2002).
    [1.13] C. L. Wu, C. H. Shen, H. W. Lin, H. M. Lee, and S. Gwo, Appl. Phys. Lett. 87,  
    73 
     
    241916(2005).
    [1.14] H. Lu, W. J. Schaff, L. F. Eastman, and C. E. Stutz, Appl. Phys. Lett. 82,
    1736(2003).
    [1.15] I. Mahboob, T. D. Veal, C. F. McConville, H. Lu, and W. J. Schaff, Phys. Rev.
    Lett. 92,36804(2004).
    [1.16] Y. Yamamoto, S. Ino, and T. Ichikawa, Jpn. J. Appl. Phys. 25, L331(1986).
    [1.17] A. Dadgar, F. Schulze, M. Wienecke, A. Gadanecz, J. Bläsing, P. Veit, T.
    Hempel, A. Diez, J. Christen, and A. Krost, New J. Phys. 9,389(2007).
    [1.18] O. E. Contreras, F. R. Zepeda, A. Dadgar, A. Krost, and F. A. Ponce, Appl.
    Phys. Express 1 (6), 3 (2008).
    [1.19] Y. Cordier, J. C. Moreno, N. Baron et al., IEEE Electron Device Lett. 29,1187
    (2008).
    [1.20] B. Damilano, F. Natali, J. Brault, T. Huault, D. Lefebvre, R. Tauk, E.
    Frayssinet, J. C. Moreno, Y. Cordier, F. Semond, S. Chenot, and Jean Massies,
    Appl. Phys. Express 1 (12) (2008).
    [2.1] Herman, Marian A. Molecular beam epitaxy : fundamentals and current
    status, Springer-Verlag (1989).
    [2.2] Braun, Wolfgang, Applied RHEED :reflection high-energy electron diffraction
    during crystal growth, Springer (1999).
    [2.3] 林弘偉, 國立清華大學碩士論文” 氮化銦磊晶薄膜及量子點材料之研
    究”(2004).
    [2.4] 李弘貿,國立清華大學碩士論文”高銦含量氮化銦鎵混晶系統之結構及光譜
    研究”(2004).
    [2.5] A. Pinczuk and E. Burstein, in Light Scattering in Solids, edited by M. Cardona
    (Springer, Berlin, 1984), p.23.
    [2.6] H. A. Kramers, W. Heisenbers, Z. Phys. Vol. 31, 681, 1925.
     
    74 
     
    [2.7] 許靜宜,國立清華大學碩士論文"拉曼散射有關的理論研究"(1987).
    [2.8] V. Yu. Davydov, Yu. E. Kitaev, I. N. Goncharuk, and A. N. Smirnov, Phys. Rev.
    B 58, 12899(1998).
    [2.9] H. Harima, J. Phys. : Condensed Matter 14, R967(2002).
    [3.1] H. Irie, K. Kita, K. Kyuno, and A. Toriumi, IEEE IEDM 4,225.
    [3.2] C. L. Wu, J. C. Wang, M. H. Chan, T. T. Chen, and S. Gwo, Appl. Phys. Lett.
    83, 4530(2003).
    [4.1] M. Seon, T. Prokofyeva, M. Holtz, S. A. Nikishin, N. N. Faleev, and H. Temkin,
    Appl. Phys. Lett. 76, 1842(2000).

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