氮化鎵基材漏電流行為與材料品質之奈米尺度研究

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：73

、訪客IP：18.219.17.88

姓名

林若璇(Ruo-Syuan Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

氮化鎵基材漏電流行為與材料品質之奈米尺度研究
(A Nanoscale Study of Leakage Current and Film Quality on III-nitrides)

相關論文

★ 磷化銦異質接面雙極性電晶體元件製作與特性分析	★ 氮化鎵藍紫光雷射二極體之製作與特性分析
★ 氮化銦鎵發光二極體之研製	★ 氮化銦鎵藍紫光發光二極體的載子傳輸行為之研究
★ 次微米磷化銦/砷化銦鎵異質接面雙極性電晶體自我對準基極平台開發	★ 以 I-Line 光學微影法製作次微米氮化鎵高電子遷移率電晶體之研究
★ 矽基氮化鎵高電子遷移率電晶體通道層與緩衝層之成長與材料特性分析	★ 磊晶成長氮化鎵高電子遷移率電晶體結構於矽基板過程晶圓翹曲之研析
★ 氮化鎵/氮化銦鎵多層量子井藍光二極體之研製及其光電特性之研究	★ 砷化銦量子點異質結構與雷射
★ 氮化鋁鎵銦藍紫光雷射二極體研製與特性分析	★ p型披覆層對量子井藍色發光二極體發光機制之影響
★ 磷化銦鎵/砷化鎵異質接面雙極性電晶體鈍化層穩定性與高頻特性之研究	★ 氮化鋁中間層對氮化鋁鎵/氮化鎵異質接面場效電晶體之影響
★ 不同濃度矽摻雜之氮化鋁銦鎵位障層對紫外光發光二極體發光機制之影響	★ 二元與四元位障層應用於氮化銦鎵綠光二極體之光性分析

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

成長高品質的氮化鎵薄膜是相當重要的工作，因為磊晶的好壞通常就決定整體元件的特性。目前氮化鎵系列材料大多成長在藍寶石基板上，然而，氮化鎵系列材料與藍寶石基板有極大的晶格不匹配度以及熱膨脹係數不匹配度，因此造成成長後的氮化鎵系列材料具有非常高的缺陷密度，這些缺陷會形成電流漏電路徑而使得元件的崩潰電壓難以提昇，或造成電子電洞對的非輻射結合，導致元件發光效率降低。
本論文之重點在於使用導電式原子力顯微鏡掃描氮化鎵材料表面，藉由高解析度的電流影像圖統計材料表面電流分布情形及其與材料缺漏的關聯性。實驗結果發現電流分布的半高寬能相當敏銳地反應出氮化鎵材料的缺陷密度，並且隨電壓增高這現象變得更加明顯，所以我們可藉由半高寬的變化進行薄膜品質的確認。同時我們也將這實驗結果與X光繞射以及表面蝕刻凹洞 (etching-pit density)的實驗結果比對，得到了一致的趨勢。
藉由本論文的實驗結果，我們建立了一個利用導電式原子力顯微術做為檢測氮化鎵基材品質的技術，可以在奈米尺度下觀察氮化鎵材料的結構與電氣特性，進而判斷材料的優劣。

摘要(英)

High quality GaN buffer layer is essential to high performance III-nitride devices grown heterogeneous substrates. It is thus desirable to develop a sensitive, reliable and quick method to assess the properties of III-nitride materials. At present, most of the III-nitride epitaxial films are grown on sapphire substrate, which has large mismatch with GaN in lattice constant as well as expansion coefficient. This results in high density of dislocations, which lower the radiative recombination efficiency and cause leakage current, leading to reduced breakdown voltage.
In this work, we employ conductive atomic force microscopy (CAFM) to obtain high-resolution current images of III-nitride surface. From the statistical results of current distribution, it is revealed that the full-width at half-maximum (FWHM) of the distribution is very sensitive to the dislocation density of III-nitride films and significantly increases with the sample bias even the dislocation density is as low as ~108 cm-2. The results acquired by CAFM are shown to be consistent with those obtained from etching-pit density and X-ray diffraction measurements.
Our experimental results indicate that CAFM is a promising method for evaluating the electrical and structural properties of III-nitride materials in a nanometric scale.

關鍵字(中)

★ 導電式原子力顯微鏡
★ 漏電流
★ 氮化鎵

關鍵字(英)

★ GaN
★ conductive atomic force microscopy
★ leakage current

論文目次

目錄 ………………………………………………………… I
圖目錄 ……………………………………………………… III
表目錄 ……………………………………………………… VI
第一章緒論 1
1-1 前言 ……………………………………………………… 1
1-2 發展現況與背景簡介……………………………………… 2
1-2-1 氮化鎵元件發展近況 ………………………………… 2
1-2-2 掃描探針顯微術發展近況 …………………………… 5
1-3 研究動機 ………………………………………………… 12
第二章氮化鎵材料的缺陷種類與特性 13
2-1 前言 ……………………………………………………… 13
2-2點缺陷與線缺陷 …………………………………………… 13
2-3氮化鎵中的刃差排與螺旋差排 …………………………… 18
第三章儀器原理與實驗方法 27
3-1 導電式原子力顯微鏡 …………………………………… 27
3-2 量測前製程 ……………………………………………… 36
3-3 待測試片準備 …………………………………………… 40
3-4 量測方法與流程 ………………………………………… 41
第四章氮化鎵基材量測特性分析 43
4-1 前言 ……………………………………………………… 43
4-2 元件結構設計 …………………………………………… 43
4-3 導電式原子力顯微鏡量測分析 ………………………… 45
4-4 載子傳輸模型 …………………………………………… 63
4-5 運用至其他結構薄膜分析 ……………………………… 68
第五章結論與建議 76
參考文獻 78

參考文獻

[1] T. Shirakawa, Materials Science and Engineering:B. 91, 470 (2002).
[2] D. Schmitz, E. Woelk, G. Strauch, M. Deschler and H. Jürgensen, Materials Science and Engineering : B. 43, 228 (1997) .
[3] S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, J. Appl. Phys. 76, 12, 8189 (1994).
[4] H. Amano, M. Kito, K. Hiramatsu and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 8, 12, L2112 (1989).
[5] S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh and N. Iwasa, Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992), L139.
[6] G. Binnig, C. F. Quate, and Ch. Gerber, Phys. Rev. Lett. 56, 930 (1986).
[7] J. I. Pankove, E. A. Miller and J. E. Berkeyheiser, J. Lumin. 5, 84 ( 1972).
[8] Y. Koide, N. Itoh, K. Itoh, N. Sawaki and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 1156 (1988).
[9] I. Akasaki, H. Amano, Y. Koide, K. Hiramatsu and N. Sawaki, J. Crystal Growth 98, 209 (1989).
[10] S. Nakamura, T. Mukai and M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64, 1687 (1994).
[11] S. D. Lester, F. A. Ponce, M. G. Craford and D. A. Steigerwald, Appl. Phys. Lett. 66, 1249 (1995).
[12] X. H. Wu, L. M. Brown, D. Kapolnek, S. Keller, B. Keller, S. P. DenBaars and J. S. Speck, J. Appl. Phys. 80, 3228 (1996).
[13] X. H. Wu, D. Kapolnek, E. J. Tarsa, B. Heying, S. Keller, B. P. Keller, U. K. Mishra, S. P. DenBaars and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett. 68, 1371 (1996).
[14] X. H. Wu, C. R. Elsass, A. Abare, M. Mack, S. Keller, P. M. Petroff, J. S. Speck and S. J. Rosner, Appl. Phys. Lett. 72, 692 (1998).
[15] F. C. Frank, Acta. Crystallogr. 4, 497(1951).
[16] J. E. Northrup, L. T. Romano and J. Neugebauer, Appl. Phys. Lett. 74, 2319 (1999).
[17] S. J. Rosner, E. C. Carr, M. J. Ludowise, G. Girolami and H. I. Erikson, Appl. Phys. Lett. 70, 420 (1997).
[18] B. Heying, E. J. Tarsa, C. R. Elsass, P. Fini, S. P. DenBaars and J. S. Speck, J. Appl. Phys. 85, 6470 (1999).
[19] T. Sugahara, H. Sato, M. Hao, Y. Naoi, S. Kurai, S. Tottori, K. Yamashita, K. Nishino, L. T. Romano and S. Sakai, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L398 (1998).
[20] S. J. Rosner, G. Girolami, H. Marchand, P. T. Fini, J. P. Ibbetson, L. Zhao, S. Keller, U. K. Mishra, S. P. DenBaars and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett. 74, 2035 (1999).
[21] H. Marchand, J. P. Ibbetson, P. T. Fini, S. Keller, S. P. DenBaars, J. S. Speck and U. K. Mishra. J. Crystal Growth 195, 328(1998).
[22] C. Youtsey, L. T. Romano and I. Adesida, Appl. Phys. Lett. 73, 797 (1998).
[23] C. Youtsey, L. T. Romano, R. J. Molnar and I. Adesida, Appl. Phys. Lett. 74, 3537 (1999).
[24] S. J. Rosner and J. S. Speck, Physica B: Condensed Matter 273-274, 15, 24-32 (1999).
[25] J. Elsner, R. Jones, P. K. Sitch, V. D. Porezag, M. Elstner, T. Frauenheim, M. I. Heggie, S. Oberg and P. R. Briddon, Phys. Rev. Lett. 79, 3672 (1997).
[26] J. Elsner, R. Jones, M. I. Heggie, P. K. Sitch, M. Haugk, T. Frauenheim, S. Oberg and P. R. Briddon, Phys. Rev. B 58, 12571 (1998).
[27] A. F. Wright and J. Furthmuller, Appl. Phys. Lett. 72, 3467 (1998).
[28] A. F. Wright and U. Grossner, Appl. Phys. Lett. 73, 2751 (1998).
[29] K. Leung, A. F. Wright and E. B. Stechel, Appl. Phys. Lett. 74, 2495 (1999).
[30] K. Seeger, Semiconductor Physics. (4th Edition ed.), Springer, New York (1989).
[31] N. S. Weimann, L. F. Eastman, D. Doppalapudi, H. M. Ng and T. D. Moustakas, J. Appl. Phys. 83, 3656 (1998).
[32] H. M. Ng, D. Doppalapudi, T. D. Moustakas, N. G. Weimann and L. F. Eastman, Appl. Phys. Lett. 73, 821 (1998).
[33] D. C. Look and J. R. Sizelove, Phys. Rev. Lett. 82, 1237 (1999).
[34] P. J. Hansen, Y. E. Strausser, A. N. Erickson, E. J. Tarsa, P. Kozodoy, E. G. Brazel, J. P. Ibbetson, U. Mishra, V. Narayanamurti, S. P. DenBaars and J.S. Speck, Appl. Phys. Lett. 72, 2247 (1998).
[35] E. G. Brazel, M. A. Chin and V. Narayanamurti, Appl. Phys. Lett. 74, 23672369 (1999).
[36] P. Kozodoy, J. P. Ibbetson, H. Marchand, P. T. Fini, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars and U. K. Mishra, Appl. Phys. Lett. 73, 975 (1998).
[37] G. Parish, S. Keller, P. Kozodoy, J. P. Ibbetson, H. Marchand, P. T. Fini, S. B. Fleischer, S. P. DenBaars and U. K. Mishra, Appl. Phys. Lett. 75, 247 (1999).
[38] S. Nakamura, MRS Bull. 23, 37 (1998).
[39] T. Hino, S. Tomiya, T. Miyajima, K. Yanashima, S. Hashimoto, and M. Ikeda, Appl. Phys. Lett. 76, 3421 (2002).
[40] B. S. Simpkins, H. Zhang, and E. T. Yu, Materials Science in Semiconductor Processing. 9, 308 (2006).
[41] B. S. Simpkins, E. T. Yu, P. Waltereit, and J. S. Speck, J. Appl. Phys. 94, 1448 (2003).
[42] H. C. Lin, R. S. Lin and J. I. Chyi, Appl. Phys. Lett. 92, 161113 (2008).

指導教授

綦振瀛(Jen-Inn Chyi)

審核日期

2008-7-22

推文