在我們剛開始濺鍍氮化鎵薄膜時，我們測試了一些不一樣條件參數，在這些不一樣 的條件參數的濺鍍過程中我們發現了一些問題及改善的方法。然而我們在起初測試濺鍍 條件時，所改變的因素有氬氣/氮氣的比例(Ar/N2)，腔體的壓力，濺鍍基板與濺鍍槍之 間的距離，濺鍍基板的加熱與否，濺鍍槍的金屬座尖端及靶材的固定金屬環的清潔與 否。其中有些因素會影響濺鍍結果，是實驗過程中的觀察及經驗所以並未量化的記錄下 來，而有些是有實際去量測紀錄下來的，而這些因素的檢驗，我們是使用掃描式電子顯 6. 浸泡在稀釋的去離子水(deioniza
震
附錄 2.3 溅鍍氮化鎵
氣的比例(Ar：N2)，使用的比例有Ar：N2=78：22,
5]顏色同，這可能是部份氮從薄膜跑掉所致，還有此一薄膜
略的焊銦(In)於熱退火後的薄膜當電極也可以量到此薄膜的傳導性及光響應。但是 Ar：N2=50：50 的濺鍍步驟其實與我們正常情況有些不同，因為我們若直接通Ar：N2=50：
50 比例於腔體，接著就開啟射頻電源(RF power)，則電漿將成暗沉色且可能不穩定，
2=78：22 或氬氣比例較高的混合 1.9x10-2Torr，另外其他重要的不變條件分別是靶材材料為氮化鎵粉末壓製靶材，起始 壓力小於 3x10-6Torr，基板未加熱，濺鍍槍與基板的距離為 2.5cm，濺鍍射頻功率為 150Watt。在Ar：N2=78：22 下濺鍍出來的結果，以EDS去檢驗得到薄膜的鎵：氮比(Ga：
N)為 1：0.832，圖A2.4 是它的EDS光譜分析圖，很明顯的它有氮元素的光譜存在，此外 這個濺鍍薄膜的顏色為無色透明的，但經過 800oC 在氮氣熱退火後，其薄膜顏色會變成 微黃透明色，與參考資料[1
的X-ray 繞射結果與MOCVD氮化鎵相比無明顯峰值，顯示其為非晶系(amorphous)，如圖 A2.5(a)(b)所示，然而粗略的焊銦(In)於熱退火後的薄膜當電極可量到此薄膜的傳導性 及光響應，如圖A2.6 所示。然而在Ar：N2=50：50 的情況下，濺鍍出來的薄膜其Ga：N=1：
1.066，在未熱退火之前也為無色透明的，在經過 800oC 在氮氣熱退火後，其薄膜顏色 也會變成微黃透明色，還有此一薄膜的X-ray 繞射也顯示其為非晶系(amorphous)，而 粗
另外還有較高的射頻(RF)反射項，不過若我們在Ar：N
：2.275，這顯示了薄膜含有較高的氮成分，另外其靶材的表面大部分區域 最後在氬氣：氮氣的比例 100：0 的條件下，所濺鍍出來的薄膜看起來是暗色偏黑 色且略微透明，並且以三用電表即可以量到它的傳導性，然而以 EDS 檢驗其鎵：氮比 (Ga：N)為 1
皆呈黑色，而在經過純氬氣濺鍍後，我們不清除靶材表面，接著再以氬氣：氮氣的比例 為 50：50 的條件濺鍍，所得的薄膜顏色為深黑色且幾乎不含氮的成分，其EDS光譜如圖 A2.7 所示，不過我們將靶材表面清理後，再以Ar：N2=78：22 的條件下溅鍍又可以得到 透明含氮薄膜，且熱處理後又成為黃透明色，並焊銦(In)量測有傳導性及光響應，因此 我們推測是靶材表面變黑色是因為氮跑掉了，使靶材表面含大量的鎵，所以鍍出來的薄 膜才會是黑色且不含氮的成分，所以靶材表面成分對溅鍍出來的薄膜成份有很大的影 響。然而我們在回過頭來看看之前，以純氬氣的條件下溅鍍之薄膜，此薄膜含有極高的 氮成分，但這與薄膜表面成暗黑色有所牴觸，因為表面暗黑色應該為氮元素缺乏才對，
因此我們推測純氬濺鍍時，一開始含氮的靶材很有效率被鍍在基板上，但隨著氬離子的 轟擊而靶材的氮比例大幅下降，所以濺鍍出的薄膜的表層鎵成分較高，因此薄膜成暗黑 色，且薄膜越底層應該含氮成分越高，而EDS測到較高氮元素的原因，應該是電子打入 樣品有一個深度，而這個深度可以到達大量含氮的薄膜層，所以收集到的光譜顯現了大 量的氮比例，另外由SEM來看其表面有許多顆粒,如圖A2.8，而之前無色透明的氮化鎵表 面並無如此顆粒，且較為平坦，所以這些顆粒也滿有可能是鎵的結球。
由上面的過程我們可以發現由薄膜是否含氮成分，退火後薄膜是否成微黃色透明，
都是可以用來初步判斷薄膜是否有傳導性及光響應的依據，當然直接在薄膜上焊銦電極 量測更可以確定其是否有傳導性及光響應。
在前一章節我們提到要將濺鍍槍的金屬座及靶材固定金屬圈清理，才會得到傳導性 及光響應較佳的薄膜，這是由於我們濺鍍的過程中發現當其他條件幾乎不變，若這些地 方不清理，隨著濺鍍的次數增加，濺鍍出的薄膜之傳導性也越來越差，由 EDS 檢測發現 薄膜含氮成分有越來越低且氧成份有越來越高的趨勢，如圖 A2.9 所示，在第 8 次之前 我們沒有清理濺鍍槍的金屬座及靶材固定金屬圈，而在第 8 次時清理後很明顯的含氮成
附錄 2.4 溅鍍氮化鎵的熱退火效應
在這裡我們將溅鍍出來的氮化鎵薄膜放入高溫爐管以不同溫度進行退火，退火的方 式是在高溫爐管內通氮氣，然後以不同溫度退火(annealing)一個小時。由於我們溅鍍 出來的氮化鎵薄膜傳導性並不好，已經超出我們四點探針量測儀器(Keithley 2420 sourcemeter)的極限，因此我們比較各條件下的傳導性的方法，是在每一個樣品上面做 指叉電極，以鎳金(Ni/Au)為其電極的材料，其製程方式如上一章節所述。而其結果如 圖A2.11、 圖A2.12 及圖A2.13，圖A2.11 是不同溫度下退火樣品的暗電流大小的比較，
我們可以很明顯的看到 600oC是一個臨界值，當退火溫度大於等於 600oC後，暗電流大小 有明顯的上升，而到了 700oC，800oC後，其暗電流值呈現差不多的現象，但是以 700oC，
800oC退火的樣品，其某一些區域呈現暗電流較小的現象，由 700oC的樣品來看，其有些 區域的溅鍍薄膜表面有剝落，而這區域的暗電流呈現的電流值比正常區域低，而且其照 鹵素燈的電流比原本暗電流的值小，如圖A2.12，其機制有可能是照光後產生許多未填 鍍槍的金屬座尖端沉積太多東西以致於濺鍍薄膜的結果改變。
根據別人提出的濺鍍氮化鎵條件中，大部分的人都是以基板加熱的方式進行，加熱 溫度約 500~600oC如此得到複晶的氮化鎵薄膜[16][17]，所以我們也做了基板加熱的濺 鍍，不過我們系統的加熱極限約 500oC，而我們在 500oC濺鍍出來的薄膜顏色為暗黑色，
所以代表薄膜氮缺乏，也許在我們的系統 500oC時氮不易沉積在基板上，因為氮氣還未 附著在基板上就彈走了。若基板溫度為 400oC，則可以濺鍍出具傳導性及光響應的薄膜，
不過其X射線繞射結果與之前類似無明顯峰值，仍顯示其為非晶系amorphous，所以就不 再詳細列出來了，而它與其他條件的濺鍍薄膜的金半金光偵測器之比較如下表A2.1 及 圖A2.10，我們可以發現傳導性及光響應最佳的樣品為基板濺鍍時未加熱，於成長完再 熱退火的樣品，而且加熱基板時可能造成濺鍍機的磁鐵磁性改變或是其他地方的變化，
而造成我們製程條件不穩定，並在實際濺鍍過程確實也有條件不穩定的情況發生，所以 最後我們採用的濺鍍方式為基板不加熱來製作濺鍍的氮化鎵薄膜。
電流下降。同樣的在
滿的陷阱(traps)去抓傳輸的載子以至於傳導載子數目下降，因此
800oC退火的樣品也有此現象，但在 800oC退火的樣品看不見明顯溅鍍薄膜表面有剝落，
可是卻真的有些區域暗電流呈現較正常區域低的值，且照鹵素燈的電流值比暗電流時要 低，所以這些區域薄膜也許有剝落但較不明顯而已，或是有其他原因造成這些現象，未 來可以進一步查證。
另外圖A2.13 是指樣品照鹵素燈的電流減暗電流後的值，我們以相同距離及位置和 相同功率，以鹵素燈照射各個樣品，故假設入射光的能量是差不多的，因此我們可以發 現以差不多的光功率照射，大於等於超過 600oC 後，光電流明顯提高，且 800oC時為最 高，因此我們如果要使溅鍍出來的氮化鎵薄膜得到較好的傳導性及光響應性，我們退火 的溫度必須大於等於 600oC以上，但又由於 700oC，800oC退火下，溅鍍薄膜表面有剝落 的可能，以及 900oC以上退火會使康寧玻璃(corning)軟化，所以我們的退火溫度不可以 太高。
附錄 2.5 穿透光譜的量測
這裡我們利用穿透光譜來觀察溅鍍出來的氮化鎵薄膜會對哪些光譜範圍會吸收。我 們的裝置有汞氙燈及光譜儀，樣品有玻璃及溅鍍有氮化鎵薄膜的玻璃，首先我們先以光 譜儀量測汞氙燈光源通過玻璃後的光譜λglass，其示意圖如下圖A2.14(a)，接著再量測 汞氙燈光源通過溅鍍有氮化鎵薄膜的玻璃的光譜λglass/film如下圖A2.14(b)所示，然後將 兩光譜相除，得到溅鍍出來的氮化鎵薄膜在熱退火前後的穿透率T如下式及圖A2.15
glass film glass
T λ λ
/由圖 A2.15，我們可以觀察到當入射光波長小於 400nm 的紫外線，光開始會被溅鍍的氮 化鎵薄膜吸收，而起隨著波長變短，穿透率逐漸降低，吸收的越嚴重，但下降趨勢很緩 慢不陡峭，不過在熱退火後，於波長 320nm 至 350nm 左右其陡峭的趨勢有明顯增加，可 是仍然不是非常陡峭，然而 MOCVD 氮化鎵薄膜的穿透光譜在其能階(Energy gap)大小
=
[式 A2.1]附錄 2.6 結論
漿的穩定度，如我們實驗的結果Ar：N2=50：50，有時候電漿就會不穩定且RF電源 反射項上升，此外，若直接通Ar：N2=50：50，然後開啟RF電源時，RF會有反射項且電 漿顏色為不明亮的暗色，必須先通氬氣比例較高，將RF點起呈現沒有反射項且電漿為明
的脫落或龜裂。
我們用汞氙燈光源打入玻璃及溅鍍有氮化鎵薄膜的玻璃，以光譜儀測量其光譜分 布，加以計算後，發現氮化鎵溅鍍薄膜在波長 400nm 以下的紫外光會開始吸收且經過熱 退火(annealing)後，其穿透光譜分布曲線有較陡峭的趨勢。