Novel Physics and Applications of InN

  • Chang, Pen-Hsiu (PI)

Project: National Science and Technology CouncilNational Science and Technology Council Academic Grants

Project Details

Abstract

本計畫之目的在研製新潁氮化銦化合物半導體,探討其超導特性與特殊光電特性之物理機制,以及其相關應用之開發與分析。我們利用有機金屬化學氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Disposition,MOCVD)取代早期利用濺鍍、蒸鍍或化學反應之成長技術, 成長出品質較佳且為纖鋅礦結構(烏采結構,Wurtzite Structure)之氮化銦單晶薄膜。氮化銦一般被認為是化合物半導體,我們實際量測其電阻與溫度關係時發現, 未摻雜之氮化銦單晶薄膜呈現n-type, 且有非常高之載子濃度(約為1019cm-3) 。因為MOCVD 成長之氮化銦單晶薄膜缺乏與其晶格匹配之基板,以及銦原子與氮元原子本身大小差異極大。高濃度之載子主要是來自於其自然產生的氮空缺所引起。其電阻(300K)/電阻(4K)大約為1.1,載子濃度幾乎不隨溫度變化,由載子濃度與遷移率隨溫度之關係,顯示此為一簡?電子氣系統,因此展現出金屬之特性(J. App. Phys. 97, 1, 2005)。我們同時在n-型氮化銦上發現超導性。我們初步的實驗顯示由MOCVD 成長之氮化銦Tc 約為2 K,並具有異常霍爾效應(anomalous Hall Effect): 即其霍爾係數在正常態與超導態區間會變號(由正轉負); 此行為和銅氧化合物系列之高溫超導類似。這可能與銦(In)離子之d 副殼層(4d-semicore)電子波函數與氮化銦價帶大幅重疊有關,也因此原因在InN 中其自旋軌道交互作用(spin-orbitinteraction)比其它氮化物要來得明顯。本計畫藉由調整磊晶參數:包括成長的溫度、有機氣體流量五三比(Ⅴ/Ⅲratio)以及緩衝層,成長高品質氮化銦及In1-xGaxN 單晶薄膜,我們將與中研院吳茂昆教授合作,進行超導物性量測: 包括其超導能隙、相干長度(coherentlength,ξ) 、磁場穿透深度(penetration depth,λ)、是不是BCS 理論可解釋、載子傳輸機制…等基本問題;並與清華大學齊正中教授合作,藉由SSM 觀察奈米尺度之超導特性變化,同時將與師大劉祥麟教授、淡大杜昭宏教授及林大欽教授合作, 研究其離子鍵結與電子能階結構與超導之關係. 以及探討其超導特性與特殊光電特性之物理機制。本計畫希望能瞭解更進一步研製高濃度摻雜之其他半導體: 如氮化鎵(GaN),矽(Si)…等, 探討半導體在重參雜後之傳輸特性. E. A. Ekimov 等人在重摻雜(Nature, 428, p542, 2004))鑽石薄膜(Diamond(1,1,1) thin film: Tc約為9K, B-doped p-type,n~1021cm-3 )實驗中發現超導, 其Tc 隨著電洞摻雜濃度增加而增加, 我們希望於本計畫中同時探討p-type 氮化銦之傳輸特性及其相關應用分析。p-type 氮化銦至今尚未被成功長出,這與氮化銦背景載子濃度甚高,所摻雜元素的電洞容易被結合之故有關. p-type 氮化銦是氮化銦太陽能電池之最關鍵材料,我們在本計畫前二年將藉由參雜鎂之方式成長出p-type 氮化銦鎵,第三年則計畫將其應用於製作pn 型太陽能電池之研究。近年來有研究論文顯示p-type 氮化銦中高濃度電子主要累積在氮化銦表面,在p-type 氮化銦內部則有電洞層存在由於我們之前成功利用氮化銦金屬特性製作氮化銦/氮化鎵蕭基二極體,並確定其間所形成之蕭基位障且為1.2eV(Appl. Phys. Lett. 87,2005),為各式GaN 蕭基二極體中之最高值。我們在本計畫中亦將以此為基礎,進行p-type 氮化銦鎵/氮化鎵蕭基二極體型太陽能電池之研製與分析。

Project IDs

Project ID:PB9801-0550
External Project ID:NSC96-2112-M182-001-MY3
StatusFinished
Effective start/end date01/08/0931/07/10

Keywords

  • InN
  • Superconductivity
  • semicoductor
  • p-type In1-xGaxN
  • Schottky barrier
  • solar cell

Fingerprint

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