當全球意識越來越重視能源問題，開源節流是人們都需要有的憂患意 識，而太陽能電池(Solar cell)與發光二極體(Light Emitting Diode, LED)分別 扮演開源與節流的角色。三族氮化物包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮 化銦(InN)以及其相關的合金在光電元件是非常重要的材料。氮化鎵、氮化 鋁鎵(AlGaN)以及高鎵組成之氮化銦鎵(InGaN)在光元件光譜範圍近紫外光 至綠光已被廣泛的研究。然而一直到了 2002 年當許多團隊發現氮化銦之能 隙接近 0.7eV[1, 2, 3]，而非之前所接受的 1.9eV[4, 5]，其高銦組成之氮化 銦鎵才被大家所重視。這發現使得氮化銦鎵這材料得以往更長波長之光電 元件應用，由其高銦組成之氮化銦鎵應用在高功率太陽能電池方面被視為 有相當潛力之材料，其發光波段涵蓋近乎全太陽能光譜，另一方面也可應 用光通訊之熱敏雷射二極體。氮化銦鎵合金能藉著調變銦組成使能隙從 0.7 至 3.4eV，紫外光至近紅外光。目前高效率多層太陽能電池之製程需要多 種不同的前導物例如鋁、銦、鎵、砷、磷以及至少 20 層的製程手續，包括 穿隧層。因此利用單一三元氮化銦鎵合金材料設計多層太陽能電池具有非 常大的吸引力，其彈性地提供選擇層數及組成之能隙。除此之外，氮化銦 鎵太陽能電池應用在太空具有非常大的優勢，因其能高程度地抵抗輻射傷
然而成長氮化銦鎵時在接近中間組成時容易產生相分離 [7]，使成長 高品質光電元件之高銦組成氮化銦鎵非常困難。許多團隊實驗顯示成長高 品質高銦組成氮化銦鎵及其具有挑戰性因為(1)相分離、(2)缺乏適合的基底、
(3)氮化銦中氮氣的高飽和氣相壓力、以及(4)氮化銦的低分解溫度。在理論 計算中，G. B. Stringfellow 教授[8]在熱平衡的條件下，當成長溫度為 800
℃時，低於 6%的銦融入氮化鎵，且低於 8%鎵融入於氮化銦，此成長禁制 利用射頻電漿輔助式分子束磊晶法(radio-frequency molecular beam epitaxy, RF-MBE)，在 550℃使用低溫氮化銦緩衝層/藍寶石基板(LT InN buffer J. S. Speck 教授[11]在 2007 年時使用電漿輔助分子束磊晶 (plasma-assisted
molecular beam epitaxy)成長氮化銦，發現在真空中時當溫度超過 435℃氮 化銦樣品表面則開始分解成氮氣(N2)以及金屬銦滴(liquid In droplet)，另外 他由不同溫度下氮化銦分解的速率，利用阿瑞尼茲作圖求得氮化銦之活化 能(activation energy)為 1.92±0.11eV，與一般認知[12]氮化銦的化學鍵結 (In-N bond strength)為 1.93eV 相符，也因為氮化銦如此低的分解溫度以至 於在成長高銦組成的氮化銦鎵時，當溫度過高則容易相分解或出現金屬銦 滴。
目前為止成長高品質高銦組成氮化銦鎵極其具有挑戰性，少數團隊利 用分子束磊晶(MBE)系統成長全域組成之單相且發光之氮化銦鎵[9, 13, 14, 15, 16]。有機金屬化學氣相磊晶(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)系統方面，早期 A. Yamamoto 團隊[17]在低壓(76 torr)、低溫(550
℃)下成長銦組成 50-100%之氮化銦鎵薄膜，然而薄膜皆無光性。國內陳乃 權教授[18]團隊利用 Aixtron 200 MOCVD 系統成長固相銦組成 70-100%之 氮化銦鎵薄膜，然而光激發螢光量測 In0.8Ga0.2N 顯示相分離，且隨銦組成 往中間組成減少，光激發螢光訊號也快速衰弱，另外國外堪薩斯州立大學 (Kansas State University) H. X. Jiang 教授[19]利用自組式 MOCVD 系統成長 銦組成 25-63%之單晶氮化銦鎵，雖然其 X 光繞射之半高寬皆在 2000 arcsec 以下，然而薄膜組成並無光性發表，隨後 2009 年其 H. X. Jiang 團隊之博
發螢光訊號。在 2010 年 H. Amano[21]團隊也利用升壓式有機金屬氣相磊 晶(raised-pressure MOVPE)系統成長出銦組成 2-42%且當銦組成為 42%時 其室溫光激螢光訊號發光在 726 nm 之氮化銦鎵薄膜，是目前為止已發表 的論文中，高銦組成氮化銦鎵薄膜室溫發光的團隊。然而截至目前為止，
雖然有許多研究團隊探討有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)系統成長氮化 銦鎵薄膜，但是對於銦組成 40-60%之氮化銦鎵薄膜依然沒有任何光學性質 的發表。
此篇論文中，我們會在第二章介紹氮化物結構、光激螢光光譜與熱激 發遷移模型的理論。第三章則為樣品製備與實驗儀器介紹，包括 X 光繞射、
掃描式電子顯微鏡、以及低溫光激螢光光譜系統等。第四章中我們將探討 傳統與雙加熱 MOCVD 系統對 InGaN 薄膜的成長特性做探討，第一部分對 磊晶溫度做深入的研究，分別探討雙加熱系統對磊晶及材料特性上的差異 做探討，以 X 光繞射、掃描式電子顯微鏡實驗的結果分析討論。第二部分 則是利用雙加熱系統成長 InGaN 薄膜並改變 TMGa 的莫耳流率，探討 In 的融入率隨 TMGa 莫耳流率的變化情形，並針對此高銦組成 InGaN 薄膜作 光學特性的探討，最後在第五章總結實驗結果。