我們的實驗以低壓有機金屬氣相磊晶法成長矽摻雜氮化鎵，在改變不同四氫化矽流量以得到不同矽摻雜濃度的試片，藉以了解 N 型氮化鎵薄膜在摻雜矽後之光電行為變化。 PL 的量測結果顯示，矽的摻雜造成能階的位移和譜線變寬的行為，同時黃光的躍遷強度亦會隨摻雜量的增加而減小。這可能是因為矽的加入取代了氮化鎵薄膜中之鎵，改變了因為鎵空缺造成之深層受子對電子的影響。由變溫霍爾量測得知，矽摻雜氮化鎵之施子能階約在 26.5 meV ，與室溫之熱能相當，在室溫下施子雜質之電子可以大比例的躍遷至導電帶，這說明了矽的確是適當的 N 型氮化鎵摻雜源。

The Si-doped GaN films grown by metalorganic chemical vapor deposition have been thoroughly studied by using X-ray 、Raman spectra and PL as well as variable temperature Hall measurement. PL spectra indicate that the near-band edge transition is blue shift and the linewidth is increased as the doping concentration is increased. Moreover, it is also found that the intensity of near-band edge transition becomes stronger, and the intensity ratio of yellow emission to near-band transition drops significantly with Si doping concentration. This could attribute to the substitution of Si atoms on Ga sites, that reduce defects of Ga vacancy, and hence the corresponding yellow emission. Finally, a variable-temperature Hall measurement was also used to characterize the Si doped GaN samples. The measured activation energy is 26.5 meV below conduction band, comparable to thermal energy at 300K, which suggests the Si is an appropriate N-type doping impurity for GaN.

目 錄
中文摘要…………………………………………………………… i
英文摘要…………………………………………………………… ii
感 謝……………………………………………………………… iii
目 錄……………………………………………………………… iv
圖 目 錄…………………………………………………………… vi
第一章緒論……………………………………………………… 1
1.1背景簡介及研究方向…………………………………… 1
1.2論文內容陳述…………………………………………… 2
第二章實驗原理和基本理論…………………………………… 4
2.1 有機金屬化學氣相磊晶法之操作原理……………………… 4
2.2 PL量測原理……………………………………………… 5
2.2.1 PL量測原理………………...………...……………… 5
2.2.2 光子在能帶間之躍遷形式…………………………… 6
2.2.3 以PL計算活化能方法………………………………… 7
2.2.4 能隙隨溫度及摻雜濃度影響之變化………………… 8
2.3 拉曼散射原理…………………………………………… 9
2.3.1 拉曼散射原理………………………………………… 9
2.3.2 聲子振動模式………………………………………… 9
2.3.3 薄膜應力……………………………………………… 11
2.3.4 空間相干模型……………………………………… 13
2.4 霍爾量測原理…………………………………………… 13
2.4.1 霍爾量測原理………………………………………… 13
2.4.2 由霍爾量測計算活化能……………………………… 15
第三章實驗步驟………………………………………… 17
3.1 有機金屬氣相磊晶實驗方法…………………………… 17
3.2 PL量測實驗方法………………………………………. 18
3.3 拉曼量測實驗方法……………………………………… 19
3.4 霍爾量測實驗方法……………………………………… 21
第四章結果與討論……………………………………… 23
4.1 矽摻入後氮化鎵薄膜之結構變化……………………… 23
4.1.1 矽摻雜條件…………………………………………… 23
4.1.2 常溫霍爾量測………………………………………… 24
4.1.3 X光繞射……………………………………………… 24
4.2 矽摻雜氮化鎵薄膜之PL分析…………………………… 25
4.2.1 能隙值隨矽摻雜之影響……………………………… 25
4.2.2 黃光區之行為………………………………………… 28
4.2.3 低溫PL………………………………………………… 29
4.3 矽摻雜氮化鎵薄膜之拉曼分析………………………… 31
4.3.1 薄膜應力隨矽摻雜之變化…………………………… 31
4.3.2 光聲子-電漿子偶合模式…………………………… 33
4.4 變溫霍爾之活化能分析………………………………… 35
4.4.1 活化能分析…………………………………………… 35
4.4.2 晶格散射與雜質散射對電子遷移率之影響………… 36
第五章結論……………………………………………… 39
參考文獻…………………………………………………… 42
附圖………………………………………………………… 44

1、S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, Jpn. J. Appl. Phys. 31, 195 (1992)
2、I.H. Lee, I.H. Choi, and C.R. Lee, J. Cryst. Growth 182 (1997) 314-320
3、E.F. Schubert, I.D. Goepfert, and W. Grieshaber, Appl. Phys. Lett. 71 (7) 921-930
4、J. Neugebauer, and Chris G. Van de Walle, Appl. Phys. Lett. 69 (4) 503-505 (1996)
5、S. Nakamura, The Blue Laser Diode (1997)
6、T. Kozawa, T. Kachi, H. kano, H. Nagase, N. Koide, and K. Manabe, J. Appl. Phys. 77 (1995) 4389
7、I.H. Lee, and I.H. Choi, J. Appl. Phys. 83 (11) 5787 (1998)
8、Dimitry Kirillov, Heon Lee, and James S. Harris, Jr. J. Appl. Phys. 80 (7) 4058 (1996)
9、M.V. Klein, Light Scattering in Solids, edited by M. Cardona (springer, Berlin, 1982), Vol. 8
10、N. Kaneda, T. Detchprohm, K. Hiramatsu et al. Jpn. J. Appl. Phys. Pt2. Vol. 35 No.4B (1996) pp.468-470
11、W. Gotz and N.M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 68 (22) 3144 (1996)
12、H.M. Ng, D. Doppalapudi, and T.D. Moustakas, Appl. Phys. Lett. 73 (6) 821 (1998)
13、T. Kozawa, T. Kachi, H. Kano, Y. Taga, and M. Hashimoto, J. Appl. Phys. 75 (2), p1098 (1994)
14、R.A. Abram, G.J. Rees, and B.L.H. Wilson, Adv. Phys. 27, p799 (1978)
15、K.F. Berggren and B.E. Senelius, Phys. Rev. B 24 p1971 (1981)
16、G.E. Stillman and C.M. Wolfe, "Electrical Characterization of Epitaxial Layers," Thin Solid films 31, 69-88, Jan. 1976
17、I. Gorczyca, N.E. Christensen, E.L. Peltzer y Blanca, and C.O. Rodriguez, Physical Review B, Vol. 51, No. 17, 11936 (1995)