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研究生:黃俊凱
研究生(外文):Chun-Kai Huang
論文名稱:氧離子佈植砷化鎵之載子動力學研究
論文名稱(外文):Carrier Dynamic Study of Oxygen ion-implanted GaAs
指導教授:李晁逵
指導教授(外文):Chao-Kuei Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:180
中文關鍵詞:氧離子佈植砷化鎵啾頻泵-探量測技術
外文關鍵詞:chirpoxygen ion-implanted GaAspump-probe measurement
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本論文利用啾頻控制配合時間解析反射式泵-探量測技術,來對兩組氧離子佈植砷化鎵(2.5×10^13 ions/cm^2 (500Kev & 800Kev),4×10^13 ions/cm^2 (1200Kev)和6×10^13 ions/cm^2 (500Kev & 800Kev),1×10^14 ions/cm^2 (1200Kev))樣品,進行一系列的瞬時光反射率量測比較。在其實驗樣品參數方面,輕摻雜樣品分別進行不同的退火溫度(0、350、400、450、550、600℃),重摻雜則是用一種退火溫度(550℃)。
在啾頻控制泵探技術之開發中,我們建構了一套時間析度為100fs、啾頻調變範圍為–539 fs^2到+663 fs^2之啾頻控制泵-探系統。用不同啾頻量下的脈衝來進行量測,藉由瞭解在不同啾頻量的脈衝對氧離子佈植砷化鎵載子躍遷的機制、其鬆弛時間和生命週期所產生影響,解釋以氧離子佈植砷化鎵為材料的半導體天線可能在適量正啾頻的脈衝下會產生最強兆赫輻射之可能機制。
由實驗結果顯示,在無啾頻影響下,隨退火溫度的升高,從所測得的光反射率圖中,我們可分解出較快速與較緩慢衰減的成分,且載子生命期是隨退火溫度的升高而變長。而因使用快速退火(RTA)製程方式,有效防止砷沉澱析出,所以還是可以維持在短載子生命期。而在輕、重摻雜濃度的實驗比較上,輕摻雜有較短的載子生命期,也擁有較好的兆赫輻射強度,與利用Drude-Lorentz模型所推測-越短的生命週期、越短的脈衝寬度具有較佳的兆赫輻射功率,在生命週期的部分是相符合的。在啾頻影響下的實驗中,我們發現在未經退火的樣品中,正啾頻有明顯較長的載子生命期,這與較高能的激發光鬆弛時間較短有關。
In this thesis, a home made chirp-controlled pump-probe measurement system has been developed and is used compare the time-resolved photo-reflectance measurements of GaAs:O with different fabricated condition(2.5×10^13 ions/cm^2 (500Kev & 800Kev), 4×10^13 ions/cm^2 (1200Kev) and 6×10^13 ions/cm^2 (500Kev & 800Kev), 1×10^14 ions/cm^2 (1200Kev)).The lower-dose sample were annealed at 0,350,400,450,550 and 600℃,respectively. The higher-dose sample were annealed at 550℃.
The chirp-controlled pump-probe measurement system with temporal resolution of around 100 femtosecond and chirp parameter tuning from –539 fs^2 to +663 fs^2 is demonstrated. Meanwhile, using chirp-controlled pump-probe measurement system, ultrafast dynamics of photogenerated carrier in GaAs:O in different chirp by laser pulse is characterized.
目錄
摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
圖表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 研究動機與構想 2
1.3 半導體天線兆赫輻射原理及增強兆赫輻射實驗介紹 8
1.3-1 半導體天線兆赫輻射的原理 8
1.3-2 增強兆赫輻射的實驗介紹 12
第二章 載子動態與啾頻控制泵-探量測系統實驗原理及架構 16
2.1 載子動態 16
2.1-1 載子鬆弛過程 16
2.1-2 光激載子導致吸收係數及折射係數變化之效應 19
2.1-3 光激載子生命期長短與缺陷濃度及所經後續退火程度的關係 25
2.2 啾頻控制泵-探量測系統實驗原理及架構 28
2.2-1 時間解析反射式泵-探量測原理簡介 28
2.2-2 時間解析反射式泵-探量測系統架構 35
2.2-3 利用稜鏡對的啾頻控制原理簡介 41
2.2-4 強度式自相關儀簡介 48
2.2-5 稜鏡對啾頻控制系統架構 52
2.2-6 實驗步驟 61
第三章 離子佈植砷化鎵材料特性與選擇 63
3.1 材料之特性分析 63
3.1-1 低溫成長砷化鎵之研究 63
3.1-2 離子佈植砷化鎵之研究 69
3.2 離子佈植材料之選擇 69
3.2-1 離子佈植造成的缺陷分佈與損害程度 70
3.2-2 文獻回顧 74
3.2-3 樣品介紹 79
第四章 無啾頻影響下之動力學行為 81
4.1 氧離子佈植砷化鎵在不同的激發光子密度下反射率隨時間改變的量測結果與比較 81
4.1-1 同一摻雜濃度(e13) 不同激發光子密度下載子生命期長短與其所經不同退火溫度程度的關係 91
4.1-2 同一退火溫度(RTA550)不同激發光子密度下載子生命期長短與其所經不同摻雜濃度(e13& e14)的關係 99
4.1-3 不同激發光子密度和退火溫度對反射率峰值的影響 105
4.2 氧離子佈植砷化鎵在不同的激發光子密度下反射率改變量隨不同退火溫度的量測結果與比較 108
4.3 總結 111
第五章 啾頻影響下之動力學行為 113
5.1 不同激發光子密度下載子生命期與色散之關係 130
5.2 不同退火溫度與不同摻雜濃度下載子生命期與色散之關係 144
5.3 總結 151
第六章 結論與未來展望 153
附錄一 低溫成長砷化鎵與多重氧離子佈植砷化鎵光導天線之兆赫輻射特性之比較 156
參考文獻 161
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