【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）三五族氮化物能帶結(jié)構(gòu)與藍(lán)紫光氮化銦鎵雷射特性之研究-物理學(xué)

國(guó)立彰化師范大學(xué)物理研究所 碩士論文 指導(dǎo)教授：郭艷光教授 三五族氮化物能帶結(jié)構(gòu)與藍(lán)紫光氮化銦鎵雷射特性之研究 究生：顏勝宏撰 中華民國(guó)九十三年國(guó)立彰化師范大學(xué)物理研究所 碩士論文 研究生：顏勝宏 三五族氮化物能帶結(jié)構(gòu)與藍(lán)紫光氮化銦鎵雷射特性之研究 論文業(yè)經(jīng)審查及口試合格特此證明 論文考試委員會(huì)主席 _ 委員： _ _ 指導(dǎo)教授：郭艷光博士 _ 所 長(zhǎng)：吳仲卿主任 _ 中華民國(guó)九十三年六月 志 謝 我能夠在就讀碩士期間完成我的碩士論文要感謝許多人的幫忙與協(xié)助。首先感謝郭艷光教授在就讀碩士期間給予我的教 導(dǎo)，除了專業(yè)上的訓(xùn)練之外，老師在待人處世的態(tài)度也有許多值得我學(xué)習(xí)的地方 。在這兩年的時(shí)間，我覺得自己成長(zhǎng)了許多也學(xué)到了許多，同時(shí)更深刻的體會(huì)到自己不足的地方更多。因此在我下一階段的博士生生涯我將以更認(rèn)真的態(tài)度跟隨老師繼續(xù)學(xué)習(xí)，以期能加強(qiáng)自己不足之處。 感謝修平技術(shù)學(xué)院劉柏挺教授在研究方面給予我的指導(dǎo)，讓我能夠?qū)τ谘芯糠椒把芯績(jī)?nèi)容有更深入的認(rèn)知。除了研究之外，劉柏挺教授對(duì)于各方面的知識(shí)都相當(dāng)廣泛，尤其是他對(duì)于新事物喜歡自己動(dòng)手嘗試的精神更是值得學(xué)習(xí)。另外，感謝黃滿芳教授在論文口試時(shí)所給予我的指導(dǎo)以及提供論文修 改的建議，讓我的論文能更加完善；也感謝陳美玲老師一年來所給我的指導(dǎo)。 同時(shí)要感謝實(shí)驗(yàn)室的學(xué)長(zhǎng)姐：志原、文偉、郁妮、詒安、志康，由于學(xué)長(zhǎng)姐在研究與課業(yè)上的表現(xiàn)都相當(dāng)優(yōu)異，因此在研究與課業(yè)上都給予我許多的指導(dǎo)，讓我可以很快的進(jìn)入狀況。還有要感謝正洋、孟倫、育驊、漢義，這兩年在研究上的合作以及一起聊天、打球、修課的陪伴。很開心能跟你們待在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)然，我也很感謝實(shí)驗(yàn)室的學(xué)弟妹在各方面的協(xié)助，也要謝謝榮銓學(xué)長(zhǎng)對(duì)于我的疑問都能耐心的指導(dǎo)。 最后感謝我的家人對(duì)于我的支持，他們是我可以安心念書并完成我的學(xué)位 的最大支柱，雖然不常在家陪伴我的家人，但是他們總是給我最大的支持，真的很感謝他們。還要感謝彩華的陪伴，和你相處的這段時(shí)間真的很開心，我們互相支持打氣、彼此照顧，也因?yàn)橛心?，我的生活才?huì)這么豐富。真的很感謝所有給予我?guī)椭娜?，謝謝大家。 I 目 錄 目錄 . I 中文摘要 . 英文摘要 . 圖表索引 . 第一章 氮化物之應(yīng)用與 結(jié)構(gòu) 特性簡(jiǎn)介 . 1 氮化物之應(yīng)用 . 2 關(guān)發(fā)光及雷射二極體之發(fā)展近況 2 光雷射之特性與問題探討 . 5 一代 白光 發(fā)展現(xiàn)況 . 9 構(gòu)特性簡(jiǎn)介 13 構(gòu) 13 構(gòu) . 15 參考文獻(xiàn) . 17 二章 構(gòu)之氮化鋁鎵銦晶格常數(shù)與能帶特性 . 18 擬軟體簡(jiǎn)介 . 19 化鋁鎵之晶格常數(shù)與能帶特性 . 21 果與討論 . 22 論 . 32 化鋁銦之晶格常數(shù)與能帶特性 . 32 果與討論 . 33 論 . 43 化銦鎵之晶格常數(shù)與能帶特性 . 43 果與討論 . 44 論 . 54 論 . 54 參考文獻(xiàn) . 56 第三章 構(gòu)之氮化銦鎵晶格常數(shù)與能帶特性 . 64 果與討論 . 64 論與未來展望 . 73 考文獻(xiàn) . 76 第四章 藍(lán)紫光氮化銦鎵雷射特性之探討 . 79 擬軟體之簡(jiǎn)介 . 79 分析藍(lán)紫光雷射性能之影響 . 83 言 . 83 擬結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)定 . 84 擬結(jié)果與分析討論 . 87 子溢流現(xiàn)象 . 87 激再結(jié)合速率之分析 . 89 射效能之探討 . 93 論與未來展望 . 96 參考文獻(xiàn) . 98 第五章 結(jié)論 . . 104 附錄一 已發(fā)表之相關(guān)論文 . 107 文摘要 三五族氮化物半導(dǎo)體材料是目前發(fā)光元件的主流材料，由于其優(yōu)異的材料特性，因此被廣泛的應(yīng)用在全彩顯示器、發(fā)光二極體、半導(dǎo)體雷射等方面，特別是最近相當(dāng)熱門的白光 下一代 而氮化物之材料特性仍然有許多有待研究之處，因此在本論文中我利用理論計(jì)算的方法，使用國(guó)科會(huì)高速電腦中心的 擬軟體來分析其材料特性，希望能夠提供給長(zhǎng)晶者作為參考之用。除了結(jié)構(gòu)特性之外，我亦搜集最 新的氮化物材料參數(shù)，使用 擬軟體來研究藍(lán)紫光氮化銦鎵雷射之發(fā)光特性，并且分析其發(fā)光機(jī)制。 在第一章中我首先對(duì)影響元件發(fā)光性能之因素做簡(jiǎn)介，接著對(duì)于目前材料的發(fā)展現(xiàn)況以及未來的展望做概括性的描述。在這一章的最后介紹 晶體結(jié)構(gòu)及相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而在之后的章節(jié)中即開始進(jìn)入主要研究?jī)?nèi)容。 在第二章中，我使用 體計(jì)算 構(gòu)之 晶格常數(shù)與能帶間隙。其中對(duì)于 體、理論基礎(chǔ)、以及計(jì)算結(jié)果都有詳細(xì)的介紹。 第三章則是探討 構(gòu)之 晶格常數(shù)與能帶間隙，由于 構(gòu)之 研究尚未完成，因此在此并沒有一并介紹。 V 最后在第四章中我研究藍(lán)紫光氮化銦鎵量子井雷射在波長(zhǎng)為 400480 雷射效能，探討 于分析雷射性能所造成之影響，并與實(shí)驗(yàn)之結(jié)果做比對(duì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了實(shí)際長(zhǎng)晶時(shí)造成之結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷會(huì)影響氮化銦鎵的雷射性能之外，活性層量子井中的載子分布對(duì)于氮化銦鎵的雷射性能而言，也是一項(xiàng)相當(dāng)重要的因素。希望我的研究，不論是 長(zhǎng)晶前的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定，或者長(zhǎng)晶后的發(fā)光效能分析，都能提供長(zhǎng)晶者完整而有系統(tǒng)的參考資訊。 to to ED of to be at In of by of of be In , I In of of my is In , I of in in in in , I of of I do in in , of on of of a 00nm is In in to by It is in to of in is an It is my my 表索引 圖 板。 . . 5 圖 量子井結(jié)構(gòu)之 譜圖。 . 8 圖 晶體結(jié)構(gòu)與俯視圖 。 14 圖 晶體結(jié)構(gòu)與其單位晶包 。 . 15 圖 . 16 圖 氮化鋁鎵的 (a)晶格常數(shù) a； (b)晶格常數(shù) c 對(duì)鋁濃度的關(guān)系圖。 . 27 圖 能帶結(jié)構(gòu)圖。 . 29 圖 (a)線性能帶間隙； (b)非線性能帶間隙對(duì)氮化鋁鎵的鋁 濃度的關(guān)系圖。 . 31 圖 氮化鋁銦的 (a)晶格常數(shù) a； (b)晶格常數(shù) c 對(duì)鋁濃度的關(guān)系圖。 . 38 圖 40 圖 (a)線性能帶間隙 ； (b)非線性能帶間隙對(duì)氮化鋁銦的鋁濃度的關(guān)系圖。 . 42 圖 氮化銦鎵的 (a)晶格常數(shù) a； (b)晶格常數(shù) c 對(duì)銦濃度的關(guān)系圖。 . 49 圖 . 51 圖 (a)線性能帶間隙 ； (b)非線性能帶間隙對(duì)氮化銦鎵的銦濃度的系圖。 . 53 圖 構(gòu) 能帶間隙及發(fā)光波長(zhǎng)對(duì)濃度關(guān)系圖。 . 55 圖 氮化銦鎵的晶格常數(shù)對(duì)銦濃度的關(guān)系圖。 68 圖 . 70 圖 (a)線性能帶間隙 ； (b)非線性能帶 間隙對(duì)氮化銦鎵的銦濃度的關(guān)系圖。 . 72 圖 氮化鋁銦的晶格常數(shù)對(duì)鋁濃度的關(guān)系圖。 74 圖 氮化鋁鎵的晶格常數(shù)對(duì)鋁濃度的關(guān)系圖。 75 圖 模擬所使用 . 85 圖 (a) 3/7、 (b) 7/3 時(shí)，量子井結(jié)構(gòu)，氮化鋁鎵阻礙層在不同鋁濃度的情況下，注入電流與電子溢流的關(guān)系圖。 . 88 圖 量子井結(jié)構(gòu)， 3/7 時(shí)的受激再結(jié)合速率圖。 . . 89 圖 量子井結(jié)構(gòu)， 3/7 時(shí)的受激再結(jié)合速率圖。 . . 90 圖 ， = 409 同量子井個(gè)數(shù)的受激再結(jié)合速率圖。 . 91 圖 ， = 468 不同量子井個(gè)數(shù)的受激再結(jié)合速率圖。 . 92 圖 子井雷射 ( = 409 7/3時(shí)不同量子井結(jié)構(gòu)的 L I 圖。 . 93 圖 單量子井與雙量子井結(jié)構(gòu)在 3/7 時(shí)，臨界電流對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系圖。 . 95 圖 單量子井與雙量子井結(jié)構(gòu)在 7/3 時(shí)，臨界電流對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)的關(guān)系圖。 . 96 表 日亞公司有關(guān) 光二極體的發(fā)展史。 . 3 表 日亞公司有關(guān) . . 4 表 D . 10 表 日本各廠商所發(fā)表之藍(lán)光雷射有關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)況。 . 11 表 目前較常使用的 生產(chǎn)白光 . 1 2 表 氮化鋁及氮化鎵在不同截止動(dòng)能下所得 點(diǎn)的 上價(jià)電帶厚度。 . 23 表 不同計(jì)算方法所得之氮化鋁及氮化鎵的晶格常數(shù)值。 24 表 a及 c。 . 26 表 不同鋁濃度時(shí) ， 點(diǎn)之上價(jià)電帶厚度與能帶間隙值 。 30 表 氮化鋁及氮化銦在不同截止動(dòng)能下所得 點(diǎn)的 上價(jià)電帶厚度。 . 34 不同計(jì)算方法所得之氮 化鋁及氮化銦的晶格常數(shù)值。 35 表 a及 c。 . 37 表 不同鋁濃度時(shí) ， 點(diǎn)之上價(jià)電帶厚度與能帶間隙值 。 41 表 氮化銦及氮化鎵在不同截止動(dòng)能下所得 點(diǎn)的 上價(jià)電帶厚度。 45 表 不同計(jì)算方法所得之氮化鎵及氮化銦的晶格常數(shù)值。 . 46 表 a及 c。 . 48 表 不同銦 濃度時(shí) ， 點(diǎn)之上價(jià)電帶厚度與能帶間隙值 。 . 52 表 氮化銦及氮化鎵在不同截止動(dòng)能下所得 點(diǎn)的 上價(jià)電帶厚度。 65 表 不同計(jì)算方法所得之氮化鎵及氮化銦的晶格常數(shù)值。 66 表 晶格常數(shù) a。 . 67 表 不同銦濃度時(shí) ， 點(diǎn)之上價(jià)電帶厚度與能帶間隙 值 。 71 1 第一章 氮化物之應(yīng)用與 結(jié)構(gòu)特性簡(jiǎn)介 在光電領(lǐng)域發(fā)展過程中 ，尋找高效能的 發(fā)光材料一直是大家努力的目標(biāo)之一 ，由于化合物半導(dǎo)體材料本身具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)：如發(fā)光效率高、操作生命期長(zhǎng)、能隙調(diào)變范圍大、元件結(jié)構(gòu)小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) ，因此能在許多發(fā)光材料中脫穎而出成為最主要的發(fā)光材料。其中在藍(lán)光至紫光的發(fā)光波段更是由 氮化物所主宰 。 氮化物發(fā)光材料在藍(lán)光至紫光波段 (480 400 應(yīng)用相當(dāng)廣泛 ，如雷射讀取頭、紅綠燈的發(fā)光光源、手機(jī)及音響的顯示面板、甚至是戶外的大型全彩顯示器等等 。特別是目前正在積極發(fā)展的下一代射 讀取頭 及白光 將使得氮化物的應(yīng)用及發(fā)展大大的提升 。本章前半段將對(duì) 氮化物材料的應(yīng)用及其發(fā)展現(xiàn)況做一個(gè)簡(jiǎn)介 ，特別是雷射二極體及發(fā)光二極體，在目前及未來會(huì)有什么突破性的應(yīng)用與發(fā)展以及可能遭遇的問題， 也會(huì)做一個(gè)概括性的介紹。 本章的后半段將介紹 氮化物的材料結(jié)構(gòu)與其特性 ，由于結(jié)構(gòu)特性對(duì)其發(fā)光效能的影響非常大， 而長(zhǎng)晶時(shí)使用的基板的不同將使得氮化物長(zhǎng)成不同的晶體結(jié)構(gòu) ，不同晶體結(jié)構(gòu)之材料其發(fā)光能力差異性相當(dāng)明顯 。 因此我針對(duì)氮化物的兩大晶體結(jié)構(gòu)： 構(gòu) 做簡(jiǎn)介 。 2 氮化物之應(yīng)用 半導(dǎo)體發(fā)光材料的研發(fā)過程中 ，紅黃光發(fā)光二極體的發(fā)展相當(dāng)順利，并且都能得到相當(dāng)高的效能 。而藍(lán)光發(fā)光二極體的發(fā)展則是相當(dāng)?shù)挠邢?，早期所使用的材料有 間接能隙材料，因此亮度太低 ；而 是操作生命期過短，并不實(shí)用 。直到 1990 年之后 ，由于氮化銦鎵材料的使用才使得藍(lán)光的發(fā)光材料得以快速發(fā)展 。 關(guān)發(fā)光及雷射二極體之發(fā)展近況 早期有關(guān) 料的研究進(jìn)度相當(dāng)遲緩 ，原因?yàn)闆]有晶格匹配的基 板與 p 易長(zhǎng)成 。直到 1983 年日本的 人在藍(lán)寶石 (成長(zhǎng) 沖層 (藉此抵銷晶格不匹配所造成的應(yīng)力作用 。于 后再長(zhǎng)上一層 ，即得到結(jié)晶較佳的結(jié)構(gòu) 。自此之后 ，有關(guān) 關(guān)材料便得以快速發(fā)展 。然而 ，不論是發(fā)光二極體或雷射二極體，其發(fā)展過程中，日本的日亞 (司一直大幅度的領(lǐng)先其他團(tuán)體及機(jī)構(gòu) 。因此 ，在此我將簡(jiǎn)介日亞公司在發(fā)光二極體及雷射二極體的發(fā)展史及現(xiàn)況 。 除了 外 ， 1991 年 日亞公司研究員 用非晶系的 低溫長(zhǎng)成緩沖層，并于其上以高溫成長(zhǎng) 得到高品質(zhì)的薄膜 。后來 現(xiàn)，使用 700 的熱退火方式可以使得 的 H 原子分離，而 子可以被大量的活化而得到低電阻的p 于以上兩項(xiàng)技術(shù) ，日亞公司成功發(fā)展出長(zhǎng)生命期及3 高效率的發(fā)光二極體 。表 1為日亞公司有關(guān) 光二極體的發(fā)展史 ，由表中可以看出， 1991 年之后所發(fā)展出之發(fā)光二極體其亮度及效率都有長(zhǎng)足的進(jìn)步 。 表 日亞公司有關(guān) 光二極體的發(fā)展史。 日期 波長(zhǎng)(結(jié)構(gòu) 功率 (20 光度(1991 1993 1994 1994 1994 1995 1995 1995 1995 430 440 380 450 500 500 450 525 590 405 450 450 520 QW/QW/QW/ 4 1 3 80 1200 2000 2000 4000 2500 12000 另外 ，有關(guān)日亞公司在氮化銦鎵雷射二極體的發(fā)展史如表 示 1。 由表可知，雖然 沖層以及熱退火的方式使得發(fā)光二極體的效能大大提升，就雷射而言其生命期還不足以商業(yè)化 。 4 表 日亞公司有關(guān) 射二極體的發(fā)展史。 日期 波長(zhǎng)(寬 長(zhǎng) (m) 功率(鏡面制造 壽命 1996 1996 1996 996 1996 417 10 419 0 1500 20 1200 20 500 10 500 10 60(脊?fàn)?) 4 13 3 215 76 44 33 35 蝕刻 劈開 拋光 拋光 劈開 (以上為脈沖電流 ，以下為連續(xù)波電流 ) 1996 1997 1997 400 700(脊?fàn)?) 4 300(脊?fàn)?) 4 550(脊?fàn)?) 9 7 5 刻 蝕刻 蝕刻 1 秒 2027 小時(shí) 直到 1997 年 ，日亞公司提出 板配合 覆層的結(jié)構(gòu)，使得雷射壽命提高至一萬小時(shí) 2。 板 如圖 示 1，其做法是先在 板上先長(zhǎng)一層 著在 埋入 因此若將雷射結(jié)構(gòu)長(zhǎng)在 5 圖 板。 使用 亞公司使用 120 對(duì) 果發(fā)現(xiàn)界面結(jié)構(gòu)相當(dāng)良好。由于 能帶間隙不同，因此載子移動(dòng)容易受到高位能障阻擋而使得外加電壓需增加至 6 7 V。在 雜雜質(zhì)能有效的將階梯狀的位能障轉(zhuǎn)化成漸變式的位能障，使用此一方法將可使得元件串聯(lián)電阻減少一半。由于此技術(shù)之應(yīng)用使得藍(lán)光雷射的發(fā)展正式邁向商業(yè)化，也使得氮化銦鎵材料的應(yīng)用更加遍及我們的日常生活中。 光雷射之特性與問題探討 盡管日本日亞公司已經(jīng)成功發(fā)展出氮化銦鎵雷射，但是對(duì)于其效能及發(fā)展仍然有許多問題存在，這里我將針對(duì)這些問題及解決方法做一個(gè)簡(jiǎn)介。氮化銦鎵雷射的發(fā)光機(jī)制為電子電洞傳輸至活性區(qū)結(jié)合而6 放出光，因此發(fā)光效能主要受到活性層的控制，目前氮化銦鎵雷射于發(fā)光層主要使用的結(jié)構(gòu)為量子井局限異質(zhì) 結(jié)構(gòu) (然而，實(shí)際上活性區(qū)的增益值與理論所得之值相差極大，因此如何提升活性區(qū)的增益值是相當(dāng)重要的。在此我介紹造成氮化銦鎵雷射效能不佳的原因以及其可能的解決方法： (1) 量子井載子分布不均勻： 在半導(dǎo)體材料中，電洞具有比較大的有效質(zhì)量以及較低的移動(dòng)率(電洞在量子井結(jié)構(gòu)中不容易越過具有較高位能障的 此電洞頃向于集中在靠近 p 子井中而造成不均勻的現(xiàn)象。導(dǎo)致活性區(qū)中電子電洞的重迭性不高，使得能夠結(jié)合的電子電洞數(shù)相當(dāng)有限而限制了光子的增益。相反地，沒有結(jié)合而發(fā)光的載子除了無法貢獻(xiàn)增益之外，更會(huì)吸光而造成內(nèi)部的損失。而此一情況在多量子井結(jié)構(gòu)更是明顯。所以不論是實(shí)際長(zhǎng)晶的經(jīng)驗(yàn)或是模擬計(jì)算的結(jié)果，都是認(rèn)為單量子井及雙量子井結(jié)構(gòu)具有較佳的發(fā)光效能。 (2) 電子溢流現(xiàn)象與活性區(qū)銦解離之問題： 電子溢流即電子越過活性區(qū)而溢流至 p 現(xiàn)象。造成原因有二：第一、由于電子具有較低的有效質(zhì)量及較大的移動(dòng)率，因此其具有較高的動(dòng)能越過 產(chǎn)生溢流；第二、由于電洞主要集中在靠近 p 量子井，因此靠近 n 電子同時(shí)受到外加偏壓的驅(qū)動(dòng)以及電洞的庫倫力吸引而越過活性區(qū)形成溢流。結(jié)構(gòu)內(nèi)部溢流7 現(xiàn)象過高會(huì)導(dǎo)致臨界電流 (加及特性溫度 降低，將使得雷射在高溫操作時(shí)產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 成長(zhǎng)氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)其長(zhǎng)晶溫度需高至 750 ，此一高溫會(huì)造長(zhǎng)活性區(qū)之銦原子受熱解離。因此長(zhǎng)完第一層量子井要長(zhǎng)第二層時(shí)，前面的量子井里的銦原子 會(huì)受熱解離，銦原子解離容易造成缺陷密度增加而影響元件的發(fā)光效能。量子井個(gè)數(shù)越多銦原子解離的情形越嚴(yán)重。 為了解決上述的兩個(gè)情形，長(zhǎng)晶時(shí)會(huì)在活性層之后長(zhǎng)一層 p 于氮化鋁鎵具有較高的位能障，所以可以阻擋溢流的電子以及防止銦原子的解離。然而隨著鋁濃度的增加，其位能障亦跟著提升，但是鋁原子的濃度過高會(huì)使得其串聯(lián)電阻過高，因此目前長(zhǎng)晶時(shí)氮化鋁鎵阻礙層的鋁濃度都控制在 (3) 活性區(qū)能隙不均勻： 由于氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)長(zhǎng)晶時(shí)錯(cuò)位缺陷密度相當(dāng)高 ，因此會(huì)使得量子井的能隙呈 現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。此一現(xiàn)象容易導(dǎo)致發(fā)光頻譜的頻寬變寬，使得其發(fā)光之增益頻譜的頻寬隨著增加，則雷射光之增益將不再集中于單一波長(zhǎng)。以致于氮化銦鎵量子井之發(fā)光效率減少。嚴(yán)重之能隙不均勻現(xiàn)象將會(huì)使得增益值減少一半以上，因此成長(zhǎng)高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)是相當(dāng)重要的。 (4) 壓電效應(yīng)： 8 由于活性層中氮化銦與氮化鎵的晶格常數(shù)不同 ，因此會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力造成結(jié)構(gòu)的形變，并在界面處累積極化電荷。極化電荷會(huì)于活性層內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)而使得量子井的能帶呈現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象，此即為壓電效應(yīng)。當(dāng)?shù)煹某煞衷礁邥r(shí)，感應(yīng)電場(chǎng)越強(qiáng)，所造成的能帶傾斜情形也隨 之嚴(yán)重。由于能帶傾斜使得量子井中的電子及電洞在空間中的重迭性減少，亦即電子電洞結(jié)合的機(jī)率減少而造成發(fā)光效能降低。 學(xué)者在其研究中 3，嘗試在氮化銦鎵量子井的 雜硅，目的在于遮蔽壓電場(chǎng)而降低其效應(yīng)。如圖 示，由圖可知，摻雜硅的量子井其 譜圖產(chǎn)生 現(xiàn)象。因此可知 雜了硅之后其量子井結(jié)構(gòu)界面處成長(zhǎng)品質(zhì)較佳。同時(shí)其 度亦較強(qiáng)。 9 圖 子井結(jié)構(gòu)之 譜圖。 盡管氮化銦鎵雷射仍然 存在相當(dāng)多的困難待解決，憑借著眾多學(xué)者的努力與研發(fā)，已經(jīng)漸漸的利用技術(shù)克服材料天生的缺陷。目前的技術(shù)已經(jīng)成功氮化銦鎵雷射延伸至紫外光波段，此一重大突破對(duì)于開發(fā)下一代高密度光儲(chǔ)存系統(tǒng) (高亮度白光 不再是夢(mèng)想。因此氮化銦鎵材料后續(xù)的發(fā)展將著重在高密度儲(chǔ)存系統(tǒng)、全彩顯示與照明之應(yīng)用。接下來我將介紹目前氮化銦鎵材料于這方面的發(fā)展現(xiàn)況。 一代 白光 發(fā)展現(xiàn)況 (1) 下一代 發(fā)展現(xiàn)況 ： 目前 光儲(chǔ)存市場(chǎng)發(fā)展的主流大致可看出由 列產(chǎn)品進(jìn)入 列產(chǎn)品這一兩年將會(huì)明顯成長(zhǎng)，而 下一代產(chǎn)品 成為世界最先進(jìn)公司目前積極研發(fā)的重點(diǎn)，以一片 12 公分的光碟片而言， 儲(chǔ)存容量的 650 面單層的儲(chǔ)存容量為 B，而 面單層的儲(chǔ)存容量將可達(dá)到20 上 。以光儲(chǔ)存的觀點(diǎn)來看，光點(diǎn) （ 的大小決定儲(chǔ)存容量的大小，也就是較小的光點(diǎn)才能讀寫較小的訊號(hào)點(diǎn)，也才能有較大儲(chǔ)存容量。以 言，其用紅外光 780 訊號(hào)點(diǎn)約 m，紅光 650 最小訊號(hào)點(diǎn)約為 m。 10 長(zhǎng)久以來，藍(lán)光 品一直給人未來性產(chǎn)品的印象。以光儲(chǔ)存產(chǎn)品 12 年替換周期而言，藍(lán)光 熟點(diǎn)在 2006 年左右。但日本各光儲(chǔ)存設(shè)備大廠為搶得市場(chǎng)先機(jī)，已有多款藍(lán)光 藍(lán)光 放影機(jī)、 藍(lán)光碟片，其目的在于宣示其技術(shù)領(lǐng)先性、試探市場(chǎng)接受度居多。藍(lán)光 格現(xiàn)有二大陣營(yíng)較受注目，如表 示 ： 表 格表 。 碟片直徑 /厚度 12 .2 2 .2 兩片 0.6 板貼合 ) 容量 5/27 層 20 雙層 40 取頭波長(zhǎng) 405 05 值孔徑 (跡間距 m m 資料點(diǎn)長(zhǎng)度 m/m/輸率 32 6 而，不論是 是工研院的 格，真正商品化販?zhǔn)鄣漠a(chǎn)品仍在少數(shù)。因此我將目前日本各廠商所發(fā) 表之產(chǎn)品現(xiàn)況整理于表 相信在不久的將來以藍(lán)光雷射為光源之錄放影機(jī) 、 產(chǎn)品將成功量產(chǎn)及商業(yè)化 。 11 12 表 日本各廠商所發(fā)表之藍(lán)光雷射有關(guān)產(chǎn)品現(xiàn)況。 廠商 產(chǎn)品現(xiàn)況 放機(jī) (發(fā)售日 ： 2003/03) 碟片 (容量 ：?jiǎn)蚊鎲螌?23 碟片 (容量 ： 23 碟片 (容量 ： 23 (2) 白光 發(fā)展現(xiàn)況 ： 早期的 構(gòu)以磷砷化鎵 (三元結(jié)構(gòu)為主，并以控制砷與 磷比例的方式，使 光波長(zhǎng)涵蓋紅外光譜至可見綠光的范圍，惟波長(zhǎng)最短的磷化鎵 (只能達(dá)到綠光，欠缺藍(lán)光，使 了 1990 年左右，業(yè)界以磷化鋁鎵銦 (四元結(jié)構(gòu)，研發(fā)出高亮度可見光 波長(zhǎng)包含了 570 黃綠光、 590 黃光以及 620 琥珀光， 1995 年業(yè)界又研發(fā)出高亮度藍(lán)光 構(gòu)氮化鎵 長(zhǎng)包含 450 藍(lán)光、 525 藍(lán)綠光。后續(xù)更有業(yè)者以 光 基礎(chǔ)藉由布上發(fā)光磷粉的方式，將藍(lán)光轉(zhuǎn)成白色光源。值得 注意的是白光 出現(xiàn)，使得高亮度 用領(lǐng)域跨足至全彩背光源市場(chǎng)，以及高效率的照明光源市場(chǎng)。然而 照明用途發(fā)展之趨勢(shì)十分明顯。根據(jù)工研院經(jīng)資中心資料顯示，公元 2000 年全球光源市場(chǎng)規(guī)模約 美元，平均成13 長(zhǎng)率約維持在 5% 6%，其中白熾燈占 30%、鹵素?zé)粽?15%、螢光燈占 20%、精致型螢光燈占 19%，而白熾燈和螢光燈為市場(chǎng)之主流。表 目前較常使用的 生產(chǎn)白光 式 。 表 前較常使用的 生產(chǎn)白光 式 。 激發(fā)光源 發(fā)光元素與材料 發(fā)光原理 單晶型 藍(lán)光 片 +光粉 藍(lán)光激發(fā)黃光之 螢光體 片 +長(zhǎng)螢光粉 以 發(fā)三原色之 螢光體 白光 板 ) 直接發(fā)白光 多晶型 (紅綠藍(lán) )3 晶片原色互補(bǔ) 藍(lán)綠 /琥珀色 2 晶片 補(bǔ) 2 原色 白光 續(xù)最為看好的是全球照明光源替換市場(chǎng)，目前白光光效率已可達(dá) 30 (白熾燈泡發(fā)光效率為 15 )，但真正具有取代傳統(tǒng) 照明市場(chǎng)實(shí)力仍需待白光 0100 時(shí)方有機(jī)會(huì)，從發(fā)光效率來看，白光 0 后 (相當(dāng)于 20 W 日光燈 )，在照明市場(chǎng)便可開始普及化，若能將效率提升至 80 ，則將普及到一般家庭各式燈具，除了發(fā)光效率及功率仍有極大的改善空間外，未來如何能快速降低成本也是關(guān)鍵，在發(fā)光成14 本上， 2001 年白光 成本約 1 美元 /2002 年降至 元 /來若能將成本降至 元 /預(yù)計(jì)將可完全取代現(xiàn)有照明市場(chǎng)。 目前全球高亮度 要廠商： 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與定位方面， 藍(lán)光、白光等高階技術(shù)領(lǐng)先，而歐美大廠 在垂直整合上最完備，由于 有在照明、大型看板、車用等多方面應(yīng)用的發(fā)展，因此市場(chǎng)趨勢(shì)、行銷通路及上游原材料的掌握將是廠商致勝的關(guān)鍵。值得注意的是，近期臺(tái)灣廠商也已陸續(xù)取得國(guó)外有關(guān)白光 式授權(quán)，后續(xù)國(guó)際大廠對(duì)外授權(quán)白光 腳步 將會(huì)開始加快，未來國(guó)內(nèi) 商將會(huì)陸續(xù)取得，有助臺(tái)灣廠商進(jìn)軍白光 場(chǎng)。 構(gòu)特性簡(jiǎn)介 構(gòu) 屬于六方晶系的 構(gòu)，不同在于 構(gòu)是由單一種類原子組成，而 是由兩種原子分別以 構(gòu)交錯(cuò)而成。在此先介紹 構(gòu)：圖 構(gòu)圖及俯視圖。圖中 構(gòu)的晶格常數(shù) ；而晶格常數(shù)之夾角分別為 90 (a 與 c 之夾角 )、 90 (b 與 及 120 (a 與 b 之夾角 )。 15 圖 晶體結(jié)構(gòu)與俯視圖 。 由圖中可知， 構(gòu)是由平面 A 之原子群上再排列平面 以 俯視圖可以清楚看出平面 B 之原子的位置介于平面 A 之原子的 中間。而在整個(gè)重復(fù)排列的結(jié)構(gòu)中，第二個(gè)甚至之后的平面 A 之原子群只是由第一個(gè)平面 A 之原子群往 Z 方向垂直移動(dòng)；同理，平面 B 的原子群排列方式亦相同。為了能完整描述整個(gè)結(jié)構(gòu)，需要使用基底向量及橫移向量來描述圖 下所示： A B a )0,23,21( a )0,23,21( c )1,0,0( 0 )0,3,0(a )2,0,0( c )2,32,0( 16 而 圖 中黑色及白色表示不同種類之原子，而白色之原子交錯(cuò)于黑色原子往 ： 8的比值， 圖 晶體結(jié)構(gòu)與其單位晶包 。 構(gòu) 構(gòu)為兩個(gè) 構(gòu)交錯(cuò)于(a/4)(1,1,1)的位置所組成 。如圖 示。 17 圖 晶體結(jié)構(gòu) 。 圖 白色原子及黑色原子表示不同 構(gòu)之原子 ，若兩種原子相同則稱此結(jié)構(gòu)為 構(gòu) ；若兩種原子種類 不同則稱此結(jié)構(gòu)為 構(gòu) 。此一