利用電漿輔助化學氣相沉積法成長氮化銦鎵與P型氮化鎵應用於發光二極體之研究

Abstract

由於氮化鎵具有極佳之光電特性，常用以製作發光二極體、雷射二極體、太陽能電池、光感測元件、高?率電晶體以及高載子遷移率電晶體。一維奈米結構具有高比表面積與低缺陷濃度之特性，已廣泛地應用於各種光電元件之製作。本研究將結合氮化鎵與一維奈米結構之優勢，以本實驗室自行開發之爐管型電漿輔助化學氣相沉積設備，成長一維氮化鎵奈米結構。我們以自組裝之成長機制來成長氮化鎵晶體，並以鎵金屬與氮氣作為氮化鎵之前驅物。 本研究成?在n+ Si基板上成長出垂直於基板表面之高光學特性氮化鎵奈米柱。另外，以氮化鎂(Mg3N2)粉末作為摻雜物質，以成長出p-n接面氮化鎵奈米柱，並藉由氮化鎂來源溫度的控制來改變鎂的摻雜量，以期能成長出最高電洞濃度的P型氮化鎵晶體。我們也製作出p-n接面氮化鎵奈米柱元件來量測電性，結果是元件有整流曲線特性，但遺憾的是未能觀測到光輻射出現，分析可能原因有三種，一是提供的電流密度不夠高；二是因奈米線的比表面積高，表面存在?多懸鍵，形成表面缺陷能階，導致非輻射複合機率增加；三是電子溢流，導致內部量子效率變低。為了配合發光層的製作，我們也嘗試降低成長P型氮化鎵的基板溫度，以避免氮化銦鎵晶體的熱裂解，結果顯示高溫成長出的p-n接面氮化鎵奈米柱為軸向結構，但低溫成長出的p-n接面氮化鎵奈米柱則為核殼結構，且低溫成長p型氮化鎵會使晶體品質變差。 我們的發光層是成長單層氮化銦鎵晶體在氮化鎵奈米柱上，結果顯示我們成長出的氮化銦鎵晶體組成約為In0 12Ga0 88N，假如以此作為發光層，發出的光波段會落在紫光區(407 nm)，，但作為發光層需有高晶體品質特性，所以我們之後需提升晶體品質，讓PL光譜不再有黃光缺陷發光出現，造成晶體品質降低的原因應是III/V比不足所造成，改善後以期能獲得更高效率的輻射發光。

Date of Award	2014 Aug 1
Original language	Chinese
Supervisor	Franklin Chau-Nan Hong (Supervisor)