成果報告：含文獻探討、研究方法、結果與討論等

A. 和工研院光電合作 (氧化物薄膜技術開發) 計劃，研究在 III-Nitride LED 上磊晶 ITO/doped ZnO 提昇其亮度。這部份的結果已申請台灣大陸和美國的專利。並已初步完成論文撰寫

如附件一。

• 以 PLD 製作的鈷摻雜氧化鋅(CZO)薄膜，可有效控制摻雜濃度，並且可以輕易透過氧分 壓的調整，大幅度控制氧缺陷的多寡。我們發現在摻雜鈷 3~7 %的 CZO 薄膜中可以同 時達到結構良好、導電特性佳、高穿透率(88 %~99%)、室溫鐵磁性等特性。足以充當 LED 的透明導電層。近一步將 CZO 成長於 GaN based LED 上，可以得到細長且 60 度 對稱的 RHEED 圖紋（如下圖），顯示 CZO 在 GaN based LED 成長相當平坦，並且有 良好的結構。CZO/III-Nitride LED 結合製作各種新穎光電元件和磁光電效應正密集研研 究中。

• Co doped ZnO 長在 GaN LED 有良好異質磊晶

• 發現 CoZnO/ITO/GaN LED 效率(power)比 ITO/GaN LED 還大

在外加磁場小於 1T(註)的環境下，可以有效改善電流分佈明顯觀察到發光區域的增加，

並且提昇發光面積和總發光強度 10%以上，深具研究潛力與商業應用價值。

磁場 0 量測 磁場 524mT 量測 近場光學顯微鏡拍攝

B. The origins of ferromagnetism in Co-doped ZnO single crystalline films:

from bound magnetic polaron to free carrier-mediated exchange interaction[4]

載子濃度(10¹⁵~10¹⁹/cm³)，並利用有效摻雜Ga將其載子濃度提高至10²⁰/cm³以上.藉此討論 從絕緣區過渡到半導體區至形成金屬傳導區的樣品,來仔細釐清稀磁性半導體在不同區 間的磁性機制。發現在此絕緣區域的樣品其磁性可以由束縛磁極化子解釋而金屬區的樣

品則是與自由載子有較大的關聯性。

( 發表在(Appl. Phys. Lett. 95,105201 (2009); 有助於半導體與自旋電子學的研究發展

並可應用於光電磁半導體與自旋電子學元件)

C. Stabilization of ZnO polar plane with charged surface nanodefects [12]

本研究是利用掃描穿隧電子顯微鏡與能譜來觀察表面缺陷與鋅截面-氧化鋅極化表 面穩定機制的關係。在 850℃的高溫下利用 2.5 KeV 的氬離子轟擊以鋅原子截面為主的氧 化鋅(0001)表面，這過程使表面產生兩種型式的缺陷，一種是以氧截面六角型的奈米凹 洞缺陷，與另一種是較小的點缺陷。實驗結果表示在局域的電子結構中，六角型氧截面 的凹洞缺陷相較與原來鋅截面的氧化鋅表面，其能帶為向上彎曲，而這現象也利用掃描 表面電位顯微鏡(SKPM)來觀察，發現有局域的反向電場分佈於表面與缺陷截面之間，與 局域電子結構的結果相符合。利用配對分佈函數的分析(Pair-distribution)發現其較小的點 缺陷直徑小於 0.9 nm 且為一電子電荷的電性，藉由其表面缺陷來幫助穩定氧化鋅內部的 極化場。

1. Xiaoding Qi*, Po-Chou Tsai, Yi-Chun Chen, Qi-Rui Lin, Jung-Chun-Andrew Huang, Wen-Chih Chang and In-Gann Chen , “Optimal growth windows of multiferroic BiFeO3 films and characteristics of ferroelectric domain structures” Thin Solid Films., 517(2009), pp.5862-5866.

2. Y. F. Liao, T. W. Huang, J. C. A Huang, C. H. Lee*, “X-Ray Absorption Spectroscopy Study of Annealing Effect on Co-Implanted ZnO Epitaxial Films” IEEE Trans. Mag, 45(2009), pp.

2431-2434

3. Zhonglin Lu, Hua-Shu Hsu, Yonhua Tzeng, Fengming Zhang, Youwei Du, and

Jung-Chun-Andrew Huang*, “Tunable magnetic and transport properties of single crystalline

4. Z. L. Lu, H. S. Hsu, Y. H. Tzeng, F. M. Zhang, Y. W. Du, and J. C. A. Huang*, “The origins of ferromagnetism in Co-doped ZnO single crystalline films: From bound magnetic polaron to free carrier-mediated exchange interaction” Appl. Phys. Lett., 95, 102501 (2009).

5. G. Venkataiah*, J.C.A. Huang^2.3.Venugopal Reddy, “Low temperature resistivity minimum and its correlation with magnetoresistance in La0.67Ba0.33MnO3 nanomanganites” J. Magn. Magn.

Mater., 322, 417-423 (2010) (SCI)

6. Xiaoding Qi*, Wen-Chih Changa, Jui-Chao Kuo , In-Gann Chen, Yi-Chun Chen,Cheng-Hung Ko ,