由分子束磊晶技術成長三五族化合物半導體之原子層摻雜結構的特性量測與分析

Abstract

本論文的目的在於對原子層摻雜結構的光性、電性及材料結構進行分析的研究。研 究內容括電容－電壓特性的量測，非破壞性光調制反射光譜的分析，高解析度電子 顯微鏡直接觀察晶格影像，霍爾量測，以及精確的一維數值模擬。關於原子層摻雜 結構對載子分佈的侷限能力，此結構內部的表面電場以及表面費米能階的測定，高 劑量雜質對半導體晶格的影響以及對載子傳輸的影響均可由上述分析工具進行直接 而深入的瞭解。此研究有助於相關元件的開發與設計。 首先我們以分子束磊晶成長此原子層摻雜。在電容－電壓特性的研究中本論文提出 利用異質接合量子井加強原子層摻雜結構對載子的侷限能力，並獲得文獻中第一個 最窄的結果。在有量子效應下，我們將探討所得分佈曲線所反映的實際情形。我們 也利用數值模擬証明我們的觀點，由反射光譜中的FK振盪週期，我們可獲得半導體 的表面電場。利用一組摻雜位置不同的原子層摻雜結構，再以數值模擬輔助計算， 半導體的表面費米能階可因此而求得。 由於原子層摻雜結構，在局部範圍（幾個原子層）內有大量的雜質存在。這些雜質 對半導體材料所造成的形變，排差以及雜質在摻雜面上的分佈，將由電子顯微鏡直 接觀察，所形成的缺陷也將加以解釋。我們也發現高劑量的鈹摻雜，有助於電洞的 傳輸遷移率。而高劑量的雜質在半導體內活化的形情以及遷移率的增加本論文中都 將加以解釋。