Abstract
摘要 本次實驗藉由穿透式電子顯微鏡（TEM）以及X光能量分散譜儀（EDS）觀察氮化鋁鎵（AlxGa1-xN）孕核層（buffer layer）中鋁原子濃度與差排之間相互的關係，並分析氮化鋁鎵孕核層與6H-SiC基板之間的界面顯微結構。 氮化鋁鎵孕核層經由有機化學氣相沈積法（MOCVD）成長完後，由於孕核層與基板之間晶格常數的不匹配導致差排大量產生，實驗中發現，當鋁原子濃度越高時，會造成孕核層中差排密度的直線攀升，主要的原因在於界面處會產生鋁富集區，更造成孕核層與鋁富集區之晶格常數隨著濃度越高差距越大，因此晶格不匹配的程度益加明顯，遂使的孕核層中的鋁濃度越高時差排密度越高。 孕核層中存在有三種不同型式的差排，分別為刃差排、螺旋差排以及混合式差排，不同的差排具有不同的應變場。實驗中觀察到氮化鋁鎵孕核層中的鋁原子會為了降低整體的能量，便藉由偏析至缺陷處以達到能量平衡的狀態，再加上差排本身的應變場與鋁原子之間產生相互吸引，更幫助了鋁原子偏析行為的發生，但鋁原子並不是與各種差排都能夠產生大量的偏析。以螺旋差排來說，其本身所產生的應變場是屬於晶格扭曲且為球形對稱，再加上螺旋差排的應變場又是純剪應力，因此造成鋁原子偏析的情形不易發生；相反的，刃差排則因為正向應力場使然，因而造成正向晶格應變，鋁原子便極易在差排中心附近找到適當的容納位置，偏析量自然增加；而混合式差排的偏析量則不一定，端看刃差排與螺旋差排的分量而定。 根據HR-TEM影像及EDS量測後可發現，孕核層與基板的界面處蘊藏著鋁富集界面層，其產生的原因最主要是為了降低界面能以及調整晶格的不匹配，因為就晶格常數匹配的理論來說，若是氮化鋁鎵三元合金中的鋁原子成分比例越高時，其晶格常數與基板6H-SiC會越趨近，亦即當界面鋁含量越高時，晶格匹配程度越佳，差排的密度應該越少。但是，從實驗所得到的數據卻不是如此，鋁原子濃度越高時反而造成差排密度的增加，真正的原因即在於鋁富集層，雖然其與基板的匹配程度增加了，但是卻造成與實際的氮化鋁鎵孕核層匹配程度下滑，實驗中所發現差排密度的增加之原因則是由此而來。