我們研究的半導體薄膜樣品皆是由大同大學的楊祝壽教授及其學 生所提供。本章節主要是對二套不同系列樣品的基本物理特性作摘 要，其資料來源大都來自楊祝壽教授的期刊論文和其學生的碩士論文 [17][18][19]。關於製備的過程和各系統量測的原理，在這不作任何的 說明，其過程和原理可參考自上面兩篇論文。這二套樣品若依其成長 條件的自變變數可分成：1.改變二元化合物的元素比例：ZnO 薄膜。
2.改變雜質摻雜的濃度：摻 Ga 之 ZnSe 薄膜。以下為二個不同系列樣 品的基本特性：
3-1 ZnO 薄膜
下圖 3-1 為薄膜樣品的結構圖，成長的基板為 c 軸的 sapphire，其 文字框的說明為成長方式與條件。圖 3-2 為 SEM 的截面圖，可清楚 看出薄膜的位置與厚度，再由成長時間即可得知成長速率。
圖 3-2 ZnOSEM 截面圖。[17]
圖 3-1 ZnO 樣品結構圖與成長方式。[17]
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這系列樣品的自變變數為 Zn 的溫度，即固定所有的成長條件，只 改變 Zn 的溫度，從 280 oC 到 330 oC。其目的是為了找出最佳的 Zn 成長溫度，以成長出最好的薄膜。圖 3-3 為薄膜的成長速率對 Zn 溫 度倒數的作圖，而如圖所示，由其趨勢可判斷出成長的最佳溫度落在 315 oC 附近。此外，由 AFM 所測得的表面粗糙度(圖 3-4)、螢光光譜 PL(圖 3-5)和 XRD(圖 3-6)，皆可得到和成長速率一致的結果。
圖 3-3 ZnO 成長速率 v.s. Zn 溫度倒數。[18] 圖 3-4 ZnO 表面粗糙度 v.s. Zn 溫度。[18]
圖 3-6 ZnOXRD。[18]
圖 3-5 ZnOPL 光譜。[18]
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3-2 摻 Ga 的 ZnSe 薄膜
此套樣品的研究目的和研究方法均類似於摻 In 的薄膜。表 3-1 為 成長的條件與濃度，濃度%X 是由 XPS 所決定的(0＜X≦91.2)。
從最低的摻雜溫度 350 度開始，便已出現深層能隙(~2.2 eV)，隨著 摻雜溫度上升而紅移，作者認為是由 GaSe-ZnSe 的複合物造成的，此 外，Raman ”D” peak 的出現可能也是由 ZnGa2Se4造成的。其能隙的 變化也隨摻雜溫度上升而改變，介於 ZnSe 和 GaSe 的能隙之間。在 結構方面，低摻雜時(Ga:460oC，X 極小而無法測得)的 XRD 顯示出 α-GaSe 的相，而高摻雜時(Ga:780oC，X=0.91)時的 XRD 則顯示出了 ZnSe、α-GaSe、β-Ga2Se3和 ZnGa2Se4 的相，此結果與 Raman 一致。
意即 Ga:780oC 時，明顯地為多晶相。
幾個變化的轉折點：1.在 450 度前後，成長速率出現了明顯的轉折 (圖 3-7)，PL 的 peak 和強度也出現了明顯的變化，此外，Raman 的 ZnSe-LO phonon peak 也出現了轉折，而 ZnSe-TO phonon peak 強度也 出現了變化。作者認為是由於合金的無序性或堆疊錯誤或 ZnSe 和 ZnGaSe 的晶格不匹配(compressive and tensile stresses)所造成的。2.
在 600 到 650 度時，成長速率顯著地變小、PL 的 peak 紅移量變大、
成長速率下降和 Raman 的 ZnSe-LO phonon peak 開始右移。3.在 700 度到 750 度時，厚度變大、成長速率開始上升、能隙紅移量變大、PL
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光譜從 1.9 eV 到 1.45 eV 的位移和 Raman 的 ZnSe-LO phonon peak 強度都出現了明顯的變化。4.在 750 到 780 度時，成長速率隨溫度倒 數的變化(與 700 到 750 度的斜率相比而言)變大。能隙紅移至 2.05 eV，與 GaSe 和 Ga2Se3的能隙大致相同。Raman 明顯地出現了 GaSe、
ZnGa2Se4和 Ga2Se3的聲子模態。XRD 也出現了新的 peak。呈現出明 顯的多晶相。
在電性方面，如圖 3-13 所顯示，載子遷移率隨著摻雜溫度上升而 下降，而濃度隨溫度上升而增加，值得注意的是，400 度的濃度特別 高，目前原因並不明。
表 3-1 Zn1-xGaxSe 薄膜成長條件。[19]
Sample
number Type
substrate(oC) Zn(oC) Se(oC) Ga(oC) X*(%)
F0054 epilayer 300 300 200 350 - F0051 epilayer 300 300 200 400 - F0055 epilayer 300 300 200 450 - F0061 epilayer 300 300 200 500 - F0032 epilayer 300 300 200 600 - F0086 epilayer 300 310 200 650 3.9 F0089 epilayer 300 270 200 700 47.6 F0107 epilayer 300 300 200 750 84.0 F0119 epilayer 300 300 200 780 91.2
*determined by Auger Electron Spectrometer.
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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
0.34 0.36 0.38 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54