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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:沈昌宏
研究生(外文):chang hong Chen
論文名稱:分子束磊晶法在矽基板上成長高品質氮化鎵薄膜之研究
論文名稱(外文):GaN growm on Si substrate by MBE
指導教授:果尚志
指導教授(外文):S. Gwo
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:氮化鎵分子束磊晶系統
外文關鍵詞:GaNMBE
相關次數:
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我們已成功的以分子束磊晶系統(MBE)在矽基板上成長高品質的氮化鎵(GaN)薄膜,並深入地討論不同的緩衝層與不同的緩衝層厚度對GaN薄膜的影響。更以高能電子繞射系統(RHEED)、原子力顯微鏡(AFM)、X-ray粉末繞射分析儀(X-ray powder diffraction)、穿透式電子顯微鏡(TEM)和光激發光譜(PL)等系統去分析樣品的成長過程的變化、表面的平坦度、晶格特性、薄膜內部結構和發光特性。此論文中使用兩種緩衝層氮化鋁(AlN)和氮化矽(Si3N4),並改變緩衝層AlN的厚度為50nm和100nm,分析後得知以AlN為緩衝層的樣品在成長過程皆屬二維成長,且表面較平坦。而以Si3N4為緩衝層的樣品在成長過程是由三維成長慢慢變成二維成長,表面亦必較粗糙。而以厚度50nm的AlN為緩衝層成長的氮化鎵薄膜,其發光特性與晶格特性皆優於其他兩組樣品,故若以此方式成長將可得到較佳品質的GaN薄膜。X-ray的量測更確定了樣品具有良好的晶格結構,並確定薄膜為hexagonal結構。而TEM的影像顯示GaN薄膜充滿著dislocation,但AlN的結構卻無任何的缺陷。 光激發光量測以厚度50nm的AlN為緩衝層成長的氮化鎵薄膜,其半高寬只有20meV。亦由變溫的光激發光量測,確定了每一個發光波段的活化能,更確定其發光的原因。最後以化學蝕刻的方式確定每一塊樣品皆為N-polarity。

第一章 簡介 ................... 1
第二章 設備及原理................. 6
2-1分子束磊晶系統(MBE) .......... 6
2-1-1分子束磊晶系統的設備....... 6
2-1-2分子束磊晶系統的薄膜成長機制... 8
2-2 反射式高能電子繞射系統......... 12
2-2-1 反射式高能電子繞射系統的原理... 12
2-2-2 反射式高能電子繞射系統設備及
量測技術............ 15
第三章 實驗的事前準備工作............. 19
3-1 鎵源.................. 19
3-2 氮電漿源................ 21
3-2 矽基板的準備.............. 25
3-4 成長參數的控制............. 27
3-4-1溫度............... 27
3-4-2 鎵和氮電漿的流量比例...... 28
第四章 實驗步驟及結果討論............ 30
4-1 樣品成長條件及過程.......... 30
4-2 原子力顯微鏡(AFM)的量測....... 39
4-3 X-ray的量測............. 41
4-4 穿透式顯微鏡(TEM)的分析....... 46
4-5氮化鎵極性(polarity)的量測...... 47
4-6光激發光的分析............ 52
第五章 結論................... 63
參考資料....................... 65

Reference
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