1983 年W.H.Southwell [34]提出漸變性折射係數(Graded Refractive Index)的
抗反射層具有寬頻譜且具大角度入射的效果。推論假使其介電質的折射率能夠以 連續且漸進的方式改變，將可使光學上的反射率大幅下降，提升光穿透率。近年
來，由於奈米技術的突飛猛進，利用結構性上的漸變結構，達到光學的折射率漸
來提升載子濃度如下列關係式：
果。在此區域的穿透率有著以下的關係式： 其中，m: effective mass of carrier
ε : dielectric constant
板溫度對蒸鍍薄膜的性質有很重要的影響。通常基板也要適當的加熱，使蒸鍍原
固溶空隙，使得導電性不高。在氧含量過低的情形下，則會造成氧化物的結構成 長不全，能隙較低、透明度較差，但有較好的導電特性，一般腔體的內部壓力都 會維持在1~2×10-4 torr的壓力下。在本實驗架構下，我們將會分別通入氮氣及氧 氣去觀察這結構上在光性及電性的差異，此外如圖所示為我們透過改變基板的傾 斜角度，將可控制鈀材分子入射角度。
斜向沈積法(Glancing Angle Deposition)[44]為於近幾年廣泛應用於各種微米 及奈米結構的製作 [40-43]，為一種物理氣相沈積法，主要分為兩個機制，如圖
其成長機制為電子槍加熱銦錫合金的靶材，藉由在基板的表面形成許多催化劑凝
2. 柱狀結構成長階段(Random column growth)
此時，結晶的成長方向會沿著凝核階段內部所結晶產生的氧化銦結構的晶面
方向生長，由於凝核階段的外側為銦-錫混合物的液態表面，它會持續的吸收銦、
3. 氣流控制成長階段(Flow Control Orientation)
當氧化銦錫的奈米柱狀結構長度達一定值後，柱狀結構的表面積增加，內部 5x109 cm-3，總高度接近1 μm，具有約42度傾角，這乃是由於Catalyst-free VLS機
制所產生ITO奈米柱狀結構成長的結果。
在改變溫度的實驗中，在鍍率1.5 A/s，沉積時間1600秒，通入氮氣1 sccm的 情況下，分別在240,250,260度C去製作氧化銦錫奈米柱，觀察到的結構並沒有太 大變化。
在透過通入氣體改變沉積壓力的實驗裡，我們在溫度240度C，鍍率1.5 A/s，
沉積時間1600秒的情況下分別通入氮氣1,5,10 sccm製作三組不同的樣品，如圖 3-15所示，由圖可觀察到，當通入氮氣在5 sccm與10 sccm情況下，氧化銦錫並沒 有產生明顯柱狀結構，而表現出來是粗糙面的核狀結構分佈；在1 sccm則產生高
針對氧化銦錫結構對光穿透特性的影響，我們在通入氮氣1 sccm、溫度260°
C、鍍率1.5 A/s環境下，將氧化銦錫奈米柱鍍在雙面拋光的的藍寶石基板上。結 果如圖3-18所示：紅色、藍色、黑色譜線分別為厚度240 nm的氧化銦錫薄膜、氧 化銦錫薄膜加上氧化銦錫奈米柱、僅氧化銦錫奈米柱之穿透頻譜。由圖中可知：
厚度240 nm氧化銦錫薄膜的光穿透率在波長460 nm處有一隆起之鋒值，為極大 值，適合用來製作藍光發光二極體。然而，隨著波長減小光穿透率亦隨之下滑， (lattice constant)為0.2916 nm，主要為氧化銦所組成含有少量的錫(Sn)分子(2.26 at%)，外層結構為晶格的排列較不明顯，具有較高含量的錫分子(9.45 at%)。造 成這樣結構上差異的原因，可以由成長過程來解釋，在柱狀結構成長的階段，外
部為一銦-錫的混合液態結構，而內部由於氧分子的作用產生了氧化銦的結晶作 用，為排列較整齊的氧化銦結晶結構，錫分子在結晶的過程，被排到氧化銦結構 的外圍，因此內部結構的錫成分較低，大部分的錫分子都形成了外圍的殼狀結 構。由目前的結果，也對這種ITO奈米柱狀結構的成長機制做了一個驗證，其成 長的主要驅動力是來自分子的擴散及氧化銦結晶的成長。我們發現這種奈米結構 具有一種雙層殼狀結構，內部的核心結構具有較整齊的晶格排列，晶格常數 (lattice constant)為0.2916 nm，主要為氧化銦所組成含有少量的錫(Sn)分子(2.26 at%)，外層結構為晶格的排列較不明顯，具有較高含量的錫分子(9.45 at%)。
圖3-1 1/4波長厚度抗反射技術的原理，利用n0 及nl 的界面反射波形與nl 及ns 的反 射波形的相位剛好相差180度，此時會產生破壞性的干涉，使得n0 的介質中的反 射能量無法存在，即達到使能量完全穿透的效果，但是不同的波長必須有不同的 厚度，因此無法達成全波段抗反射的效果。
表3-1. 常見的抗反射膜的材料，及其折射係數的值，在設計抗反射層時，除了須 選擇符合1/4 波長的厚度外，還須挑選適當的折射係數滿足3-1式。
(a)
(b)
圖3-2 越接近漸變折射率之特性具有較低之反射率
圖3-3 ITO晶體結構
圖3-4 典型ITO薄膜的光穿透、反射及吸收的光譜圖
表3-2 各種物理氣相沉積之比較
(a) (b) 圖 3-5 (a)電子槍蒸鍍系統示意圖 (b)電子槍體內部實際照片
圖3-6 電子束蒸鍍系統的示意圖
圖3-7 薄膜沈積機制說明圖
Vapor flux Incident angle α
Substrate
Shadow region
Substrate
β
Vapor flux Incident angle α
Shadow region
Substrate
Substrate
β
圖3-8 斜向沉積法的示意圖
圖3-9 Catalyst-free VLS成長機制，主要包含有三個步驟，凝核階段的成長 (Nucleation)、柱狀結構成長階段(Random Column Formation)、氣流控制成長階段 (Flow Control Orientation)。
(a) (b)
圖3-10 銦錫合金相圖(a)及氧化銦熔點的變化圖(b)。從銦錫合金相圖，得知錫的 熔點為232℃，而銦的熔點為155℃，在銦中加入少量的錫，將會使得合金的熔點 下降。從氧化銦的熔點變化圖中，少量的氧就能造成氧化銦熔點的改變。
(a) (b)
圖3-11 銦-錫-氧 三元相圖(a)及氧化銦和氧化錫二元相圖(b)，從材料的特性來 看，當氧化錫為一個低濃度的摻雜物時，材料會形成氧化銦為主的結晶相，這正 是凝核過程最先產生氧化銦結晶的原因。
圖3-12 氧化銦錫奈米柱結構成長過程的示意圖
(a)為初期的氧化銦結晶成長過程可看到短柱狀的ITO。
(b)第二階段的柱狀結構成長，為任意分佈的ITO 柱狀結構，具有各種傾斜方向。
(c)第三階段的斜向成長，受到ITO 氣體分子流的影響，會沿著特定的方向成長。
(d)柱狀結構的斜向圖，可看出其明顯的會順著特定的方向進行成長。
(a)平面圖 (b)側面圖 圖3-13 ITO於通入氧氣的斜向電子槍沉積法的結果
(a)平面圖 (b)側面圖 圖3-14 ITO於通入氮氣的斜向電子槍沉積法的結果
(a)
(b)
(c)
圖3-15 通入不同流量之氮氣成長的氧化銦錫奈米結構 通入氮氣1sccm圖(a), 5sccm圖(b), 10sccm圖(c)
Deposit Rate (A/sec) 1600
106.6
53.3 26.6
1 1.5 3 5
Deposit Time (sec)
圖3-16 鍍率與沉積時間對結構的影響
400 500 600 700 800 900 0
20 40 60 80 100
ITO film
Nanorod arrays on film Nanorod arrays only
Transmittance (%)
Wavelength (nm)
圖3-17 氧化銦錫奈米結構對光穿透率的影響
圖3-18 ITO奈米柱狀結構片電阻值特性與氮氣流量的關係，隨著氮氣濃度的上
第四章 氧化銦錫奈米柱狀結構應用於
板上成長。首先在低溫情況下成長30 nm的GaN緩衝層，然後由下往上是2 μm沒 有摻雜的GaN、2 μm的n型GaN層、GaN/InGaN多重量子井總厚度為0.2 μm與0.2 μm p型氮化鎵層，結構見圖4-1(a)。詳細製作流程如下：
1. 晶片清洗
(1) 純鹽酸清洗去除In ball