Abstract
本研究成功地研製出高品質砷化鋁鎵/磷化銦鎵單異質發光二極體。未摻雜, 鋅及鎂摻雜之磷化銦鎵磊晶層之成長條件及其特性在文中均詳加敘述。經由x 射線雙晶繞射及光激光譜測試顯示晶格失配在+0.14-0.15% 之磷化銦鎵磊晶層具有最佳之光學特性。這些結果明顯指出磷化銦鎵磊晶層在成長溫度時具些微之負的晶格失配似乎 "較易" 成長在砷化鎵基板上。鎂摻雜至1Χ1018/cm3 之磊晶層具有最強之光激光譜。與鋅相比, 由於鎂具較低之拓散常數, 因此以鎂做為P-型摻雜物較易控制電性的P-N 接合面之位置。本文亦對鎂摻雜之磷化銦鎵磊晶層之光激光譜對溫度之依存性加以探討。在低溫時,只有本質的復合(intrinsic recombination) 及導帶一受子(band-to-acceptor)能階傳輸兩種主要發光機構, 本質的復合在溫度高於60K 時成為主要的發光機構。當摻雜濃度高於1Χ1018/cm3 而溫度低於50K 時, 這兩個發光機構便重詁在一起無從分辨。由光激光譜測定得磷化銦鎵之能隙與溫度之關係可表示為Eg(T)=1.976-[7.5Χ10-4T2/(T+500)] 電子伏特而適度摻雜鎂(P<1.4Χ1018/cm3) 之受子離子化能量約在37-40毫電子伏特。以4℃ 之超冷卻溫度成長砷化鋁鎵於磷化銦鎵磊晶層上時經歐杰電子光譜分析得鋁,鎵, 砷及銦之轉換深度(transition width)為560 但磷卻達750 。 在高解析穿透式電子顯微鏡底下觀察發現即使在掃描式電子顯微鏡下看起來很平坦的界面仍具許多因晶格失配造成之差排。如將砷化鋁鎵之超冷卻溫度增至8℃,磷之轉換深度則驟降至200,由此條件製作出之發光二極體其順向切入電壓為1.5 伏, 理想係數(id-eality factor)為1.64, 達崩潰前之反向漏電流低於1Χ10-6 安培, 在90K 時其發光強度為室溫之15倍。室溫20毫安電激光譜之半高波寬為160,外部發光量子效率達0.3%均是報導至目前止最佳者。