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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳毅斌
研究生(外文):Ye-Ping Chen
論文名稱:氮化鎵材料結構與光學特性研究
論文名稱(外文):Study of structural and optical properties of GaN material structures
指導教授:王興宗
指導教授(外文):Prof. Shing-Chung Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:光電工程所
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:V型缺陷共焦顯微鏡近場光學顯微鏡雙光子激發
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在本論文中,我們利用共焦顯微鏡與近場光學顯微鏡研究兩種氮化鎵材料結構的光學特性。一種為利用氫化物氣相磊晶法(HVPE)成長之氮化鎵薄膜,另一種為利用有機金屬氣相沈積法(MOCVD)成長之氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井結構。在氮化鎵薄膜研究方面,我們針對利用HVPE法成長氮化鎵薄膜上所發現的V型缺陷結構,觀察其光學影像與螢光影像。並利用氦鎘雷射(波長為325nm)作為激發光源,來量測V型缺陷在不同位置所發出的螢光光譜,我們發現其螢光光譜隨著不同位置而有所改變,當從表面沿著六角形倒立角錐面至角錐中心時,其光譜中心波長由373.5nm紅移至379.1nm。此紅移的現象可能為V型缺陷結構應力的釋放所造成。並在V型缺陷的中心位置量測到另外一個波峰,中心波長為386.7nm,與SEM縱向剖面影像對照,此波峰可能起源於形成缺陷起點之穿透位錯所造成。
在研究利用MOCVD法成長之氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井結構光學特性方面,我們使用氦鎘雷射來作為單光子激發光源,在單光子共焦螢光影像上,發光的區域約佔全部面積的90%,比較其螢光影像上不同亮暗區域發光情形,發現其亮暗區域橫截面光強信號大小相差五倍。而在利用鈦藍寶石雷射作為雙光子激發光源時,固定雷射波長為900nm,從其共焦螢光影像上發現,發光的區域只佔全部面積的30%,其亮暗區域橫截面光強信號大小卻相差十倍。因此在雙光子共焦螢光影像上亮暗區域對比較單光子共焦螢光影像更為顯著。由雙光子與單光子激發的結果,可以知道在雙光子激發下,更容易從其共焦螢光影像判定氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井發光的均勻性以及效率,藉以鑑別多重量子井(MQW)品質的優劣。

In this thesis, we study the structural and optical properties of two types of GaN material structures by confocal microscope and scanning near-field optical microscope. One is the undoped GaN films grown on (0001) sapphire substrate by hybrid vapor phase epitaxy (HVPE) and another is the InGaN/GaN MQW structure grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). We study the room-temperature micro-luminescence images from V-shaped inverted pyramids in undoped GaN films. As the excitation laser spot at 325nm was translated from the surface toward the center of the invert pyramid along its slope, the center wavelength of the PL peak shows a trend of monotonic red-shift of from 373.5nm to 379.1nm. This could be attributed to the 3-dimensional release of stress and associated decrease of build-in piezoelectric field in the V-defects. A distinct and strong emission at 386.7nm was observed at the apex of the V-defect. This could be originated from the threading dislocation at the onset of the defect.
We also study the InGaN/GaN MQW structure grown by MOCVD under He-Cd laser and Ti:Sapphire laser pumping. In the single photon confocal image by He-Cd laser pumping, the bright region is 90% to the measure of area. But in the two photon confocal image by Ti:Sapphire laser pumping, the bright region is only 30%. By comparing single photon and two photon confocal images, we found the contrast of the cross section of light intensity between bright region and dark region under two photon excitation is much stronger than the single photon. From the results, the use of the two photon excitation technique combined with confocal microscope provides a novel tool for characterization the quality of InGaN/GaN MQW structures.

目錄
Page
中文摘要……………………………………………………………………………..i
英文摘要……………………………………………………………………………iii
誌謝……………………………………………………………………….................v
目錄…………………………………………………………………………………...vi
圖表目錄……………………………………………………………………………viii
第一章 序論…………………………………………………………………………1
第二章 研究之基本原理……………………………………………………………4
2-1歷史回顧………………………………………………………………..4
2-2傳統光學顯微鏡………………………………………………………..5
2-3共焦顯微鏡……………………………………………………………..5
2-3.1共焦顯微鏡的發展………………………………………………...5
2-3.2單光子共焦掃描之原理…………………………………………...5
2-3.3雙光子共焦掃描之原理…………………………………………...7
2-4雙光子螢光之基本原理………………………………………………..8
2-5近場光學顯微鏡………………………………………………………10
2-5.1近場光學簡介…………………………………………………….10
2-5.2近場光學原理…………………………………………………….10
2-5.3掃描式近場光學顯微鏡目前常用之工作模式………………….11
2-6原子力顯微鏡…………………………………………………………12
2-7掃描式電子顯微鏡……………………………………………………13
2-8穿透式電子顯微鏡……………………………………………………14
2-9實驗系統架構…………………………………………………………14
第三章 氮化鎵薄膜V型缺陷研究………………………………………………..16
3-1樣品結構………………………………………………………………16
3-2原子力顯微鏡影像……………………………………………………16
3-3掃描式電子顯微鏡影像………………………………………………17
3-4穿透式電子顯微鏡影像………………………………………………17
3-5光學顯微鏡影像………………………………………………………17
3-6螢光顯微術……………………………………………………………18
3-6.1實驗架構………………………………………………………….18
3-6.2螢光顯微鏡影像及顯微光譜量測結果………………………….19
3-6.3六角形V型缺陷之非破壞性檢測……………………………….20
第四章 氮化銦鎵/氮化鎵多重量子井在單光子與雙光子激發下之研究……….21
4-1樣品結構………………………………………………………………21
4-2實驗架構………………………………………………………………21
4-3單光子激發……………………………………………………………22
4-4雙光子激發……………………………………………………………23
4-5雙光子吸收曲線………………………………………………………24
第五章 結論與展望………………………………………………………………26
參考文獻………………………………………………………28

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1. 3. 江文若著,WTO補貼暨平衡措施協定簡介,工業簡訊,第29期,民國88年10月,頁3-6。
2. 3. 江文若著,WTO補貼暨平衡措施協定簡介,工業簡訊,第29期,民國88年10月,頁3-6。
3. 2. 牛惠之著,補貼與自由貿易-從GATT/WTO之補貼規範發展論國際環境補貼之現行法律地位,進口救濟論叢,第12期,民國87年6月,頁75-120。
4. 2. 牛惠之著,補貼與自由貿易-從GATT/WTO之補貼規範發展論國際環境補貼之現行法律地位,進口救濟論叢,第12期,民國87年6月,頁75-120。
5. 1. 于寧著,環境標誌勢將成為國際貿易障礙,環保標章簡訊,第一期,民國84年9月,頁10-14。
6. 1. 于寧著,環境標誌勢將成為國際貿易障礙,環保標章簡訊,第一期,民國84年9月,頁10-14。
7. 12. 林淑芳著,政府採購法中綠色採購條款,環保標章簡訊,第十五期,1999年3月31日。
8. 12. 林淑芳著,政府採購法中綠色採購條款,環保標章簡訊,第十五期,1999年3月31日。
9. 10. 周天著,平衡稅制中補貼制度之研究,中原財經法學,第四期,民國87年12月,頁113-135。
10. 10. 周天著,平衡稅制中補貼制度之研究,中原財經法學,第四期,民國87年12月,頁113-135。
11. 9. 宋華聰著,我國動物防疫檢疫法規及其策略,農政與農情,第104期,民國90年2月,頁40-47。
12. 9. 宋華聰著,我國動物防疫檢疫法規及其策略,農政與農情,第104期,民國90年2月,頁40-47。
13. 8. 呂斯文著,食品衛生檢驗及動植物檢疫措施與風險分析,農政與農情,第107期,民國90年5月,頁44-50。
14. 8. 呂斯文著,食品衛生檢驗及動植物檢疫措施與風險分析,農政與農情,第107期,民國90年5月,頁44-50。
15. 7. 李舟生著,美國對關稅配額的看法,農政與農情,第68期,民國87年2 月,頁35-42。