第一章 第一章 緒論 緒論 緒論 緒論
近幾年來，全球面臨能源危機的議題，各界迫切開發綠能產業以增進能 源使用效率，三族氮化物即為熱門研究主題之一。由於氮化鋁(6.2 eV)、
氮化鎵(3.49 eV)、氮化銦(0.69 eV)的合金系統調變能隙從 0.69 eV 延伸至 6.2 eV，可廣泛應在發光元件、光電元件甚至是太陽能電池。其中氮化銦與氮 化鎵組成的三元合金，發光波長調變可從 340nm 提高至 1800nm 的特性，
已廣泛被為作為光源的研究材料。目前氮化物主要產品為較低銦組成的藍、
綠光波段氮化銦鎵發光二極體 LED，應用於液晶顯示器、交通號誌、看板 及固態照明等，藍光 LED 的內部量子效率已達 70%以上，然而製備組成高 於 30%以上仍面臨薄膜品質不佳的問題。
高銦組成氮化銦鎵不易成長的困難處，其中之一是氮化銦與氮化鎵晶 格不匹配，1996 年 G. B. Stringfellow 教授[1]以理論方式計算發現，在熱平 衡條件下氮化銦與氮化鎵合金成長存在成長禁制區(miscibility gap)，在此區 域內的組成處於不穩定狀態，易發生逆向擴散(up hill diffusion)而傾向於高 銦及高鎵組成的相分離現象。此外，氮化銦的化學鍵結 1.93eV[2]，低於氮 化鎵的 2.24eV[3]，使氮化銦的起始裂解溫度 435oC，低於氮化鎵的 800oC，
因此在成長過程中易受成長溫度影響造成銦脫附(indium desorption)，使組 成不易提高。近幾年來，MOCVD[4]系統已成功在禁制區內成長出單相薄膜，
甚至 MBE[5]系統已可成長出全域組成，他們認為在低成長溫度下，能使三 族原子的表面移動力降低，來抑制相分離的產生。Pantha et al.[6]發現成長 速率的提升讓成長環境遠離熱平衡，可延緩相分離發生。截至目前為止雖 有方法克服相分離問題，但高銦組成薄膜的光學性質討論仍然相當稀少。
相較於 MBE 的電漿輔助分解系統，傳統 MOCVD 使用氨氣作五族源，
分解率受低成長溫度而降低，易形成氮空缺甚至是銦液滴，影響其薄膜品 質及光學特性。近年來有一些提高 NH3分解的方式，如預先加熱(pre-heater) [6]、光照輻射(Light irradiation)[7,8,9]等方式，甚至發現 NH3高度分解出來 的氫反而會抑制 InN 成長而形成銦液滴[8]。B. Maleyre 等人[10]認為成長所 需的活性氮來自氨氣熱分解量太少，大部分都分解成氫氣及氮氣，因此推 論活性氮可能是來自與三族反應物的表面反應，而 V/III 比也不宜過高，否 則在氣相中分解的氫氣會抑制 InN 的成長。
有鑑於此我們改良 MOCVD 的加熱機制，在承載基板的石墨載台正上 方處架設一組獨立控制的石墨加熱器，期望在低成長溫度條件下，能夠提 高反應物在氣相中分解率以及提供反應前驅物在到達成長表面前到足夠的 熱能，改善低溫成長的薄膜品質。
為研究上蓋板溫對氮化銦鎵化合物成長的潛在優勢，我們成長一系列 改變上蓋板溫度成長氮化銦鎵薄膜，並針對成長、結構及光特性作探討。
此外，亦有一系列上蓋板溫度不變的傳統式改變成長溫度成長的氮化銦鎵
薄膜作為對照組，本論文的第一部分將針對上升溫系統對磊晶成長特性的 影響作分析，並與傳統是對照組作比較，探討上升溫系統在氣相及表面反 應上與傳統式的差異。第二部分則針對上升溫系統對磊晶片品質的影響，
利用光學及結構特性分析作探討。