Ⅲ族氮化物半導體奈米柱p-n二極體之光電流特性研究

Photocurrent Characteristics of Single Ⅲ-Nitride Nanorod p-n Diodes

蕭旭廷(Hsu-Ting Hsiao)

指導教授 ： 果尚志

國立清華大學/理學院/物理學系/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2014.00385

摘要

奈米柱結構在近年的研究發表日趨上升，尤其在Ш-nitride材料上，因為具有載子收集效率高與直接能隙的材料特性，預期有很好的光電流特。並且藉由調控合金的比例，可達成單一元件上有不同的能隙大小，使各波長的光吸收效率提高，響應率佳。實驗室經由分子束磊晶系統成長InGaN/GaN p-n二極體奈米柱結構，發現中間的本質層InGaN經由入射能量高於能隙大小的雷射激發，會有很強的光電流產生，因此本篇論主要分析奈米柱材料在光電伏打(photovoltaic)以及檢光器(photodetector)量測的結果。
對光電伏打的光電轉換效率因為我們單根奈米柱元件的吸光層(InGaN)截面積很小，且元件製程會產生光電流的損失，使效率變差，約只有1%，而造成損失的原因有兩種可能性，第一:介面應力產生的極化子(polarization charge)影響，第二:蕭特基位能障(Schottky barrier)所造成。不過此元件在檢光器的量測卻得到很好的結果，對比於其他奈米柱元件，幾乎沒有量測到電容的時間延遲現象。從材料本身的分析，P-I-N的結構會在空乏區提供一個很強的內建電場，使光載子在產生的同時就會被電場快速分離，因此在奈米柱內傳遞的時間就會減少，是個很好的優勢。最後我們也對奈米柱材料的入射光偏振方向與光電流形成的大小做個比較，可發現極化方向確實會影響光電流的大小，這與我們實驗室先前對單根奈米柱的EL發光的極化效應一致，不過光吸收的極化效應(absorption polarized)，受到材料的幾何結構限制，相對於發光的極化效應並沒有特別的明顯。
未來我們渴望利用這樣的奈米柱發展在影像偵測材料上，利用奈米柱陣列與單一材料擁有不同能隙吸光的特性，會比其他材料特性來的佳。

關鍵字

奈米線 ； 光電伏打 ； 檢光器 ； 氮化銦鎵 ； 光電流

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無資料

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Nanowire ； Photovoltaic ； Photodetector ； InGaN ； Photocurrent

參考文獻

18. 準一維氮化鎵半導體p-n接面的電性及顯微研究，呂宥蓉 碩士論文

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