Abstract
本論文針對六種氮化鎵材料樣品(以MOCVD成長之未摻雜、矽摻雜氮化鎵薄膜；MBE成長之不同緩衝層未摻雜氮化鎵薄膜、立方體氮化鎵薄膜、氮化銦鎵超晶格等)，分別進行常溫PL、變溫PL、常溫拉曼以及偏極化拉曼的實驗，另外也輔助以原子力顯微鏡(AFM)與能譜分析儀(EDS)來鑑別樣品表面的平整度以及成分組成。我們的六角柱氮化鎵樣品其主要的PL發光機制均來自於近能隙邊緣處的激子躍遷，而且沒有任何明顯的深階雜質所導致的黃光輻射，薄膜品質相當整齊，其中以MOCVD成長之未摻雜氮化鎵薄膜其低溫PL光譜並可見清楚的自由激子躍遷。我們也利用變溫PL來觀察樣品內各類激子的躍遷行為，配合熱活化公式的模擬，計算出自由激子的活化能為25 meV、矽摻雜所形成的淺層施子游離能為27.8 meV，以及其它可能的施、受子能階深度等，其中自由激子的活化能與矽施子游離能與已知的文獻結果一致。另外，藉由一組改變不同緩衝層結構的未摻雜氮化鎵薄膜(以MBE成長於矽基板上)的實驗結果對照，我們發現利用AlN為緩衝層的樣品具有較高的缺陷濃度。透過活化能的計算與拉曼A1(LO)模式的量測，推測可能遭到矽原子的摻雜，藉由SIMS量測已得到證實。而經過緩衝層改良的樣品不論是在AFM、PL或者是拉曼量測上則均具有較佳的結果，顯示新緩衝層足以阻擋矽原子自基板向上擴散。至於在SiC基板上所成長的立方體氮化鎵薄膜，其PL光譜並非由近能帶躍遷主導發光，而是由施子受子對( DAP )在轉換發光，並混合有六角柱與立方體兩種晶相，活化能的分析顯示出其具有較多深度不等的受子能階。而以MBE所成長的氮化銦鎵超晶格，係屬於高濃度的銦摻雜試片，其在變溫PL過程中所表現出的S型峰值位移表示銦含量的分佈並不均勻，但仍然具有極高的發光效率，其活化能的計算結果更高達74 meV。