銦鎵砷磷四元化合物液相磊晶及其應用於埋層凸脊式二極體

Abstract

在本論文，我們應用熱力學基本觀念，當溶液在液相∼固相平衡時所應具有的液體方 程式理論為基礎；我們採用直接實驗方法，以低於溶液應有的飽和溫度 5℃，做為磊 晶成長溫度，成功地控制銦鎵砷磷液體飽和溶液組成，讓其所析出的四元化合物(In Ga As P ) 結晶體能被預估，並且決定其能隙(E )及晶格(lat-tice)與磷化銦晶 格相匹配最佳組成。 在論文中，我們先建立銦鎵砷磷四元液相磊晶基本觀念及磊晶方法，並對鎵(X )及 砷(X )在溶液中由於莫耳(mole)百分率改變，對結晶體將有何影響做進一步分析。 我們選擇 632及 595℃成長磊晶層，顯示我們磊晶方法能適用於不同溫度點。 在銦鎵砷磷四元液相磊晶實驗，我們選定 637℃為銦鎵砷磷溶液之飽和溫度，以步級 降溫(step cooling)磊晶法，在 632℃時將銦鎵砷磷結晶固溶體磊晶成長於(100) 磷 化銦基片上。結果發現X (砷在溶液中之莫耳濃度) 濃度相對應磊晶層激光波長λ 的變化關係Δλ ╱ΔX ：等於15.24±0.24μm，另外我們從X (鎵在溶液中之莫耳 濃度) 濃度的改變量，並未發現λ 峰值變化。另外X 濃度改變影響晶格匹配率Δ a╱aΔX ：等於0.992±0.039。而X 濃度改變影響晶格匹配率Δa╱aΔX ：等 於-1.93±0.279。顯然X 濃度改變對能隙之濾長峰值λ 及晶格匹配率Δa╱a皆有 同方向變化趨勢，而X 濃度增加時，晶格匹配變化率反以減少方向變動。 我們多次以相同液體溶液組成，在 632℃成長磊晶層，其激光波長峰值皆在相同位置 。可見我們四元磊晶方法，俱有穩定的特性。最後我們應用四元磊晶結果的組成，配 合成長磷化銦磊晶層和載質濃度的摻入，經二次磊晶成長過程成功地製成埋層凸脊式 雷射二極體。我們測試雷射二極體特性，測試結果，最低起振電流為40mA，輸出功率 可達 7.7mW，發光頻譜主峰在 1.35μm。