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氮化鎵系列摻雜錳之材料特性與元件應用

為了解決CB200X的問題，作者黃鋒文 這樣論述：

本論文以有機金屬氣相磊晶法成長氮化鎵摻雜錳系列材料，並研究其材料特性與元件應用。材料分析方面，我們研究材料之表面形貌、結晶品質、光學特性、電傳輸特性、磁性、電子束縛能與相對外部量子效率(光響應特性)。元件應用方面，由於氮化鎵摻雜錳之材料具有中間能帶的特性，我們已成功利用此特性而設計出可將光子能量向上轉換的元件系統以及中間能帶型結構之太陽能電池。材料成長方面，我們發現錳原子具有腔體殘留效應，並且存在表面偏析與再擴散的現象。我們亦發現若先將受到錳污染的腔體曝於大氣環境一段時間後再將腔體進行氫氣氛圍之高溫清潔則可以有效地消除錳殘留效應。此外，我們亦發現若先使用鹽酸將試片表面加以清洗則可以有效地去除

部份的錳偏析。除此之外，我們亦發現若將錳摻雜於氮化銦鎵材料中，銦原子與錳原子的併入具有競爭的關係。 元件應用方面，我們成功地利用氮化鎵摻雜錳材料之中間能帶的性質搭配多重量子井的結構而設計出可將光子能量向上轉換的元件系統。其中氮化鎵摻雜錳材料扮演低能量光子的吸收層，而多重量子井結構則扮演高能量光子的發射層。我們藉由變功率的螢光光譜與光電流頻譜推測可能的發光機制，其發光來源可能來自於光激載子的注入。在沒有外加偏壓的條件下，光子向上轉換的能量約為450 meV。 另外一方面，我們亦成功地製作出以氮化鎵摻雜錳材料為吸收層之中間能帶型結構的太陽能電池。我們藉由穿透光譜與相對外部量子效率頻譜的量測證實

了中間能帶的吸收特性，此太陽能電池展現出符合預期之高短路電流增幅的元件特性。此外，我們亦利用雙光源激發系統搭配鎖相放大技術證實了此元件的確具有雙光子吸收(中間能帶跳躍機制)的特性。 最後我們初步地成長以氮化銦鎵摻雜錳材料為吸收層之中間能帶型結構的太陽能電池，雖然元件具有中間能帶的吸收特性，然而此元件並未展現出如預期之高短路電流增幅的特性。其光電流下降的主要原因推測為過低的材料品質與過高的串聯電阻效應以及光子選擇性的問題，未來我們可嘗試藉由侷限光子的設計以及高厚度的主動層來克服光子選擇性的問題。