不同濃度樣品的比較結果

藉由氦氖雷射與綠光雷射的實驗結果，對此氮銻砷化鎵系列的能 隙與訊號來源已有初步認識。由於我們研究的氮銻砷化鎵系列的樣品 裡，氮含量介於 0.8 %到 1.3 %之間，銻含量則介於 0 %到 5.4 %。每 片樣品中氮與銻的摻雜濃度並非完全一致，因此在本節將以樣品中氮 與銻的總和濃度，來討論不同摻雜濃度對材料氮銻砷化鎵的影響。我 們列出各樣品所摻入的氮與銻的含量表，如表(3-1)。

表(3-1).各樣品所摻入的氮與銻含量

樣品編號 氮(N)濃度 (%) 銻(Sb)濃度(%) 總和濃度(%)

C2398 1.3 0 1.3

C2397 1.3 1.2 2.5

C2396 1.3 2.5 3.8

C2395 0.9 3.5 4.4

C2394 0.8 5.4 6.2

1 2 3 4 5 6 7 1 . 0 0

1 . 0 5 1 . 1 0 1 . 1 5 1 . 2 0 1 . 2 5 1 . 3 0

Photon energy (eV)

N + S b t o t a l c o n c e n t r a t io n ( % )

3 0 K 3 0 0 K

由於許多在砷化鎵摻入氮或是摻入銻的研究中指出,氮的摻入與 銻的摻入皆能造成能隙的縮減[56,57]。因此我們也對同時摻入不同 濃度的銻與氮的樣品做比較，看看不同的總和濃度對氮銻砷化鎵的能 隙的影響。圖(4-30)，是取能量為縱軸，所摻雜的總和濃度為橫軸，

將各個不同濃度的樣品，量測得到的能隙值，取室溫 300 K 與低溫 30 K 一起繪於圖中。

圖(4-30).不同濃度的各個樣品，其能隙值隨濃度變化的趨勢圖。圖中方點代表 的是各樣品在 300K 的能隙值，圓點是各樣品在 30K 的能隙值。圖中的 虛線是利用最小平方法得到的趨勢線。

觀察圖(4-30)的趨勢變化，可以發現不論是在 300 K，或是在低 溫 30 K，樣品的能隙值大小，皆會隨著所摻入的銻與氮的總和濃度 而變化。總和濃度越高的樣品，其能隙值會越小。因此可以得知在氮 銻砷化鎵中,氮與銻的含量多寡，控制著能隙縮減的程度。

1 2 3 4 5 6 7 0 . 0

0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0

( N + S b ) c o n c e n t r a t io n ( % ) Electric field (106 V/m)

3 0 0 K 3 0 K

接下來將對砷化鎵基板與氮銻砷化鎵界面附近，所觀察到的內建 電場做比較。圖(4-31)是取電場為縱軸，氮與銻的總合濃度為橫軸，

將低溫 30 K 與室溫 300 K 所得到的內建電場值，繪入圖中來比較分 析。

圖(4-31).在 30 K 與 300 K 時，各樣品所觀察到的內建電場，與總和濃度的關係 圖。圖中的虛線是擬合得到的趨勢線。

圖(4-31)裡顯示，對每片樣品而言，在 300 K 的內建電場，皆大 於在 30 K 所得到的內建電場。此外由圖中也發現，在低溫 30 K 時，

內建電場隨著氮與銻的總摻雜濃度增加，並無明顯的變化的趨勢。然 而在 300K 時，總和濃度為 1.3 %， 2.5 %，與 3.8 %的三片氮含量皆 為 1.3 %樣品，可以觀察到內建電場會因為銻的摻入而減弱，但是所 摻入的銻濃度多寡對內建電場值並無顯著的影響。

1.3 5 1 .40 1.4 5 1 .5 0 1.55 1.6 0

的能隙縮減[56，58]。利用砷化鎵能隙與此結構的譜峰能量差約 12 meV，以及此樣品的氮銻比例為

25

13，估算在界面附近，受氮與銻摻雜

的砷化鎵，是摻雜了約 0.065 %的氮，銻 0.125 %。由於 1 %的氮可 以造成 55 meV 的侷限能量[55]，藉此能估算此樣品在界面附近，受 0.065%的氮影響下，侷限能量為 3.58 meV。我們對其他四片樣品，

利用同樣的分析處理，估算出每片樣品在界面附近的砷化鎵，可能受 到多少氮與銻的摻雜與侷限能量大小，並將估算的結果列於表(4-2)。

表(4-2).對各個不同成分的樣品,估算後界面附近的氮與銻含量的結果。

從表(4-2)中可以發現，含氮 1.3%含銻 1.2%的樣品 c2397，估算 後界面附近出的氮含量與銻含量，以及侷限能量大小，皆明顯的高出 其他四片樣品。此外，表(4-2)也整理出在 30 K 與 300 K 時，每片樣 樣品編號 C2398 C2397 C2396 C2395 C2394

氮(N)濃度 a(%) 1.3 1.3 1.3 0.9 0.8

品在界面附近受到些微氮與銻摻雜的砷化鎵，其調制訊號的強度相對 於砷化鎵調制訊號的相對強度比。整理的結果發現，只有樣品 c2397，

其相對強度比皆大於 1。也就是說此樣品 c2397 在界面附近，受到些 微從氮銻砷化鎵擴散而來的氮與銻摻雜的砷化鎵，其調制訊號強度，

不論是在低溫 30 K 或是室溫 300 K，皆大於砷化鎵的調制訊號強度。

樣品 c2397，除了能量介於 1.35 eV 到 1.55 eV 的調制訊號，表 現出與其他片樣品不同的實驗結果外，在能量範圍為 1 eV 到 1.3 eV 之間的調制訊號，也有異於其他樣品的實驗結果。我們將從其他四片 隨溫度改變有著相同變化趨勢的樣品裡，取出含氮 1.3 %、銻 2.5 % 的樣品 c2396 的實驗結果，來和含氮 1.3%，含銻 1.2%的樣品 c2397 做比較。下圖(4-33)，是樣品 c2397 在能量範圍為 1 eV 到 1.3 eV 之 間，從 30K 到 300K，用氦氖雷射調制，鍺偵測器量測得到的調制訊 號。

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

L H

PR intensi ty(a. u )

Photon energy (eV)

30K

L H 100K

L H 200K

L H 300K

圖(4-33).樣品 c2397(

GaAs

Sb

N

在圖(4-33)裡顯示，樣品 c2397 在低溫下同樣能觀察到兩個結構 的譜形。依譜峰能量的大小圈示出兩個結構，譜峰能量較低的結構標 記為 L，譜峰能量較高的結構標記為 H。低能量的結構，其譜形在溫 度從 30 K 到 300 K 之間，皆可以觀察得到，且隨著溫度的增加，相 對於結構 H 譜形也變得越來越強。反觀高能量的結構 H，在 30K 到 300K 之間雖然都能觀察的到，但隨著溫度的增加，其譜形卻變得越來越微 弱。這和 4.1 節裡圖(4-12)所介紹含氮 1.3%含銻 2.5%的樣品 c2396 的兩個結構的譜形，隨溫度變化的消長情形不同。

含氮 1.3%，含銻 1.2%的樣品 c2397 除了譜形隨溫度變化的消長 情形，與其他樣品不同之外。從我們數據整裡的結果也得知，此樣品 的侷限能量最大值為 55 meV，明顯大於其他四片樣品平均約為 45 meV 的侷限能量。下圖(4-34)，是取兩結構的相對強度比為縱軸，溫度為

橫軸，對每片樣品做侷限態的調制訊號相對於能隙的調制訊號，兩調 制訊號的相對強度隨溫度變化的消長趨勢圖來比較。

圖(4-34). 每片樣品侷限能態的訊號強度相對於能隙的調制訊號強度的相對強 度比隨溫度變化趨勢圖。圖中空心方點是含氮 1.3%的樣品 c2398 的 實驗結果。圓點代表的是含氮 1.3%銻 1.2%的樣品 c2397。半實心三 角點代表的是含氮 1.3%銻 2.5%的樣品 c2396。米字符號是含氮 0.9%

銻 3.5%的樣品 c2395。含氮 0.8%銻 5.4%的樣品 c2394 則用半實心圓 點表示。

圖(4-34)顯示，只有含氮 1.3%、銻 1.2%的樣品 c2397，在 100 K 到 300 K 之間，兩結構的相對強度比會隨著溫度增加而變大，其他四 片樣品在 100 K 升至 300 K 的過程，相對強度比則會隨著溫度增加而 變小。也就是說在高溫時，含氮 1.3 %銻 1.2 %的樣品 c2397，其侷 限態的調制訊號強度，會隨著溫度增加越來越強。其他四片樣品，在 100 K 增溫至 300 K 的過程中，侷限態的調制訊號強度相對於能隙的 調制訊號強度,會隨著溫度增加越來越小。此外我們也注意到含氮 1.3

%含銻 2.5 %的樣品 c2396 與含氮 0.8 %、銻 5.4 %的樣品 c2394，在

溫度介於 30 K 到 100 K 之間，兩片樣品的侷限能態的調制效益相對 於能隙的調制效益，皆會隨著溫度增加而越來越強。摻入了氮 1.3 %、

銻 1.2 %的樣品 c2397，則是在溫度介於 150 K 與 300 K 之間，可以 觀察到侷限能態的調制效益相對於能隙的調制效益，隨著溫度的增加 越來越大。上述三片樣品比較的結果意味著，這三片不同摻雜濃度的 樣品，在不同的溫度範圍，可以觀察到侷限能態的調制效益隨著溫度 增加而變大。