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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:彭麗慧
論文名稱:氮化鎵摻雜鎂薄膜的光性與電性研究
論文名稱(外文):Study on Optical and Electric Characterization of GaN:Mg
指導教授:朱惠美朱惠美引用關係
指導教授(外文):Amy H.-M. Chu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:氮化鎵摻雜鎂光激螢光霍爾效應
外文關鍵詞:GaN:MgPhotoluminescencePLHall-effect
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由於發藍光之氮化鎵系列材料具有直接躍遷的能隙及相當寬的能
隙範圍(可從1.9 eV變化到6.2 eV),所以很適合作為短波長發光元
件,例如可運用在發藍光和紫外光的發光二極體(Light Emitting
Diodes,LEDs)和雷射二極體(Laser Diodes,LDs)方面。本文是利
用垂直式常壓有機金屬氣相磊晶系統(Atmospheric Pressure
Metalorganic Chemical Vapor Deposition,AP-MOCVD)成長一系列
氮化鎵薄膜。以藍寶石當基板,分別用三甲基鎵(TMGa)、氨氣
(NH3)及二環戊烷鎂(Cp2Mg)當作鎵(Ga)、氮(N)及鎂(Mg)的
反應氣體供應源,並以氫氣(H2)當載流氣體(carrier gas)及覆蓋
氣體(shroud gas)。藉由變化磊晶的溫度去探討薄膜品質的優劣,
並在室溫下利用電子顯微鏡(Microscope)照相、光激螢光
(Photoluminescence,PL)光譜量測法及霍爾效應(Hall-effect)量
測法驗證之。由實驗結果得知,在升溫5分鐘,退火烘烤20分鐘的條件
下,熱退火溫度在725℃時有最強的光激螢光強度。而磊晶溫度在
1120℃∼1126℃之間磊晶薄膜的品質最好,在磊晶溫度為1120℃時有
最強的光激螢光強度其主波峰在4340A,在磊晶溫度為1126℃時載子
濃度最大其值為7.78×1017(cm-3),而相對的電移率為3.75
(cm2V-1sec-1)。

Owing to the blue light emitter of materials GaN and
related III-V nitride semiconductors with the wurtzite crystal
structure and a wide direct energy band gap, which are most
appropriate for using in optical devices, especially in blue
and ultraviolet light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes
(LDs). In this study, the samples take the Mg-doped GaN films
are grown on c-face sapphire substrate by Atmospheric
pressure metalorganic chemical vapor deposition (AP-MOCVD)
using trimethylgallium (TMGa), NH3 and bis-Cyclopentadienyl
Magnesium (Cp2Mg) as Ga, N and Mg source, respectively.
Carrier gas and shroud gas are hydrogen (H2). The Mg-doped
GaN films are employing various grown temperature tares, and
these films are characterized by the microscope, room
temperature photoluminescence (PL) spectroscopy and Hall-effect measurements. Optimum Mg acceptor activation annealing conditions are determined to the 725℃for 20 minutes in a
nitrogen ambient by PL measurement at room temperature. The
Mg-doped GaN films at 1120℃~112℃ are provided higher
carrier concentrations and better optical emission properties. The intensity of PL spectra is highest at 1120℃,and the PL peak around 4340(A) is observed at roomtemperature. The p-type GaN films with carrier concentrations and mobility about 7.78×1017(cm-3) and 3.75(cm2V-1sec-1), respectively, have been achieved at 1126℃.

目 錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖表目錄 Ⅵ
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 發藍光之半導體材料的沿革 2
1.3 p型氮化鎵材料 4
第二章 化學氣相沉積理論 6
2.1 反應機制 6
2.2 熱能的傳遞 8
2.3 動量的傳遞 10
2.4 質量的傳遞 11
第三章 實驗設備與量測方法 14
3.1 有機金屬氣相磊晶系統 14
3.2 石墨感熱體 17
3.3 光激螢光量測法(Photoluminescence Measurement Method) 18
3.4霍爾效應量測法(Hall-effect Measurement Metho 19
第四章 薄膜的特性量測與討論 23
4.1 薄膜表面的觀察及熱退火溫度的探討 23
4.2 不同成長溫度的量測 28
第五章 結論 39
參考文獻 41

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