本文是以化學汽相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)，在鎵酸鋰 (Lithium Gallate, LiGaO2, LGO)基板上成長(0002)氮化銦(InN)薄膜。分別使用高純度三氯化銦(indium chloride, InCl3)和金屬銦(metallic indium)與氨氣(NH3)進行反應形成InN。
生長的參數設定上，針對反應壓力和生長溫度做各種變化，嘗試成長出晶體結構良好與表面平整的InN薄膜。在經過1小時的反應時間後，InN在試片沉積。反應完成後的試片，以X光繞射儀(X-Ray Diffraction, XRD)、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)、原子力探針顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)、光激發光譜(Photoluminescence, PL)和穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope , TEM)，來分析其結晶方向、結晶品質、表面形貌和微結構的情況，並由此得知最佳的生長條件。
從實驗中發現，利用金屬銦無法順利生長出InN，而三氯化銦可以順利與NH3反應形成InN。在經過一系列生長條件嘗試後，600℃和400torr的條件下，所生長的InN薄膜品質最佳。

This article aims at growing (0002) InN film on LiGaO2 substrate by chemical vapor deposition (CVD). High purity InCl3 and metallic indium were used to react with NH3 respectively to form InN.
Different experimental condictions such as growth temperature and the reaction pressure were adopted and compared to grow a well crystalline structure and smooth InN thin film. After one hour reaction, InN deposits on LiGaO2 substrate. X-ray diffraction, scanning electron microscope, atomic force microscope, photoluminescence, and transmission electron microscope of the samples were measured to investigate the crystal orientation, crystal quality, surface morphology, and microstructure. Based on the result, we can get the best condiction to grow the InN thin film.
Through the experimental results, it is found that InN can not be successfully grown by using metallic indium. Oppositely, it is not difficulty to form InN by using InCl3. After a series of attempts on experiments, the temperature of 600 ℃ and the pressure of 400 torr are found to be the best condiction to grow the InN thin films.

目錄
論文審定書 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 序論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
第二章 理論基礎 5
2-1 InN的結構 5
2-2 LiGaO2的結構與性質 6
2-3研究動機 7
2-4 化學汽相沉積法 10
第三章 實驗方式 12
3-1 實驗方法與步驟 12
　 3-1-1 基板清洗 12
　 3-2 實驗裝置 12
　 3-2-1 反應氣體輸送裝置 13
　 3-2-2 高溫反應爐 14
3-2-3 電磁加溫套件 14
　 3-2-4 真空及排氣裝置 14
　 3-3 實驗生長步驟和參數 14
3-3-1 使用金屬銦生長InN的生長步驟 15
3-3-2 使用金屬銦生長InN的相關參數 15
3-3-3 使用三氯化銦生長InN的生長步驟 17
3-3-4 使用三氯化銦生長InN的相關參數 17
　 3-4 量測設備簡介 19
　 3-4-1 X光繞射儀 20
3-4-2 掃描式電子顯微鏡 21
3-4-3 原子力探針顯微鏡 21
3-4-4 光激發光譜 22
3-4-5 穿透式電子顯微鏡 23
第四章 結果與討論 24
4-1 使用金屬銦時，生長溫度對InN的影響 24
4-1-1 X光繞射儀分析 24
4-2 使用三氯化銦時，生長溫度對InN的影響 26
4-2-1 X光繞射儀分析 27
4-2-2掃描式電子顯微鏡分析 29
4-2-3原子力探針顯微鏡分析 32
4-3 使用三氯化銦時，生長壓力對InN的影響 33
4-3-1 X光繞射儀分析 33
4-3-2掃描式電子顯微鏡分析 35
4-3-3 光激發光譜分析 38
4-3-4 穿透式電子顯微鏡分析 40
第五章 結論 43
參考文獻 45

圖目錄
圖1-1三族氮化物能隙與晶格常數關係對應圖 2
圖2-1 InN的結晶結構圖 5
圖2-2各研究團隊利用不同生長機台生長InN所得到的晶格常數 6
圖2-3 LiGaO2的結晶結構圖 7
圖 2-4 (11-20)InN生長在(001)LiGaO2上示意圖 9
圖 2-5 (0001)InN生長在(001)LiGaO2上示意圖 9
圖 2-6 CVD反應步驟示意圖 11
圖 3-1使用金屬銦生長InN的CVD系統示意圖 13
圖 3-2使用三氯化銦生長InN的CVD系統示意圖 13
圖 3-3使用金屬銦生長InN的升溫過程示意圖 16
圖 3-4使用三氯化銦生長InN的升溫過程示意圖 18
圖 4-1 (a)450、(b)500、(c)550、(d)600、(e)650 ℃下，使用金屬銦所生長之試片XRD繞射圖譜 26
圖 4-2 (a)450、(b)500、(c)550、(d)600、(e)650 ℃下，使用三氯化銦所生長之試片XRD繞射圖譜 28
圖 4-3試片編號B1(450℃生長)之SEM影像 30
圖4-4試片編號B2(500℃生長)之SEM影像 30
圖4-5試片編號B3(550℃生長)之SEM影像 31
圖4-6 試片編號B4(600℃生長)之SEM影像 31
圖 4-7 試片編號B3(550℃生長)之AFM2D及3D影像 32
圖 4-8 試片編號B4(600℃生長)之AFM2D及3D影像 33
圖 4-9 (a)50、(b)100、(c)150、(d)200、(e)400、(f)700 torr下，使用 三氯化銦所生長之試片XRD繞射圖譜 34
圖 4-10試片編號C1(50 torr生長)之SEM影像 36
圖 4-11試片編號C2(100 torr生長)之SEM影像 36
圖 4-12試片編號C3(150 torr生長)之SEM影像 37
圖 4-13試片編號C4(200 torr生長)之SEM影像 37
圖 4-14試片編號C5(700 torr生長)之SEM影像 38
圖 4-15 B3和B4試片(壓力400 torr、生長溫度550℃與600℃)在常 溫PL的比較 39
圖 4-16 B4試片(壓力400 torr、生長溫度600℃)的常溫PL圖做Gauss函數擬合 39
圖 4-17 (a)c-plane InN生長在LGO基板的截面明視野影像圖、(b)LGO基板以及(c)c-plane InN的選區電子繞射圖 40
圖 4-18 c-plane InN生長在LGO基板的橫截面圖 41
圖 4-19 c-plane InN與LGO的晶格影像 42
圖 4-20 c-plane InN與LGO之介面和傅立葉轉換後的繞射點 42
表目錄
表2-1 InN與各種材料之晶格不匹配度 8
表3-1使用金屬銦生長InN的溫度變化參數表 16
表3-2使用三氯化銦生長InN的溫度變化參數表 19
表3-3使用三氯化銦生長InN的壓力變化參數表 19
表4-1各晶面對應之繞射峰位置 25

[1]V. W. L. Chin, T. L. Tansley, and T. Osotchan , J. Appl. Phys., 75 (1994) 7365.
[2]吳宗軒，“氮化銦表面特性的研究＂，國立中山大學物理研究所碩士論文，民國九十七年。
[3]謝坤霖，“使用原子軌道模型研究纖維鋅礦結構半導體電子能帶＂，國立中山大學物理研究所碩士論文，民國九十五年。
[4]P. T. Chen, K. A. Butcher, M. W. Fouquet, R. Wuhrer, R. Phillips, K. E. Prince, H. Timmers, K. Shrestha, and F. Usher, J. Cryst. Growth, 288 (1994) 241.
[5]桂平宇，袁子滔，吳建忠，林文仁和李大青，中正嶺學報，第三十八卷，第一期，民國九十八年
[6]A. Yamamoto, M. Tsujino, M. Ohkubo, and A. Hashimoto, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 35 (1994) 53.
[7]R. H. Horng, S. T. Lin, Y. L. Tsai, M. T. Chu, W. Y. Liao, M. H. Wu, R. M. Lin, and Y. C. Lu, IEEE Electron Device Letters, 30 (2009) 724.
[8]Q. Guo, O. Kato, and A. Yoshida, J. Appl. Phys., 73 (1993) 7969.
[9]陳隆建和周道煒，臺北科技大學學報第三十七之二期，民國九十三年。
[10]Motlan, E. M. Goldys, and T. L. Tansley, J. Cryst. Growth, 241 (2002) 165.
[11]N. Saito, and Y. Igasaki, Appl. Surf. Science, 169 (2001) 349.
[12]莊明岳，“濺鍍沉積氮化銦薄膜與其特性研究＂，國立高雄大學電機工程學系碩士班碩士論文, 民國九十六年。
[13]Y. Kumagai, J. Kikuchi, Y. Nishizawa, H. Murakami, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 300 (2007) 57.
[14]R. Togashi, H. Murakami, Y. Kumagai, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 222 (2010) 651.
[15]Y. Sato, and S. Sato, J. Cryst. Growth, 144 (1994) 15.
[16]H. Xiao, X. Wang, J. Wang, N. Zhang, H. Liu, Y. Zeng, J. Li, and Z. Wang, J. Cryst. Growth, 276 (2005) 401.
[17]Y. Saito, T. Yamaguchi, H. Kanazawa, K. Kano, T. Araki, Y. Nanishi, N. Teraguchi, and A. Suzuki, J. Cryst. Growth, 237 (2002) 1017.
[18]O. Briot, S. Ruffenach, M. Moret, B. Gil, C. Giesen, M. Heuken, S. Rushworth, T. Leese, and M. Succi, J. Cryst. Growth, 311 (2009) 2787.
[19]X. L. Zhu, L. W. Guo, M. Z. Peng, B. H. Ge, J. Zhang, G. J. Ding, H. Q. Jia, H. Chen, and J. M. Zho, J. Cryst. Growth, 310 (2008) 3726.
[20]Z. L. Xie, R. Zhang, B. Liu, L. Li, C. X. Liu, X. Q. Xiu, H. Zhao, P. Han, S. L. Gu, Y. Shi, and Y. D. Zheng, J. Cryst. Growth, 298 (2007) 409.
[21]Q. Guo, A. Okada, H. Kidera, T. Tanaka, M. Nishio, and H. Ogawa, J. Cryst. Growth, 237 (2002) 1032.
[22]H. Murakami, K. I. Eriguchi, J. I. Torii, H. C. Cho,Y. Kumagai, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 310 (2008) 1602.
[23]S. E. Aleksandrov, V. A. Zykov, T. A. Gavrikova, and D. M. Krasovitskill, Semiconductors, 32 (1998) 412.
[24]F. Agullo, E. E. Mendez, B. Bojarczuk, and S. Guha, Sol. State. Commun., 115 (2000) 19.
[25]李宗憲，“有機金屬化學氣相沉積法成長氮化銦薄膜之特性研究＂，國立中央大學物理研究所碩士論文，民國九十五年。
[26]S. Hirano, T. Inoue, G. Shikata, M. Orihara, Y. Hijikata, H. Yaguchi, and S. Yoshida, J. Cryst. Growth, 301 (2007) 513.
[27]K. Nishida, Y. Kitamura, Y. Hijikata, H. Yaguchi, and S. Yoshida, Phys. Stat. Sol., 241 (2004) 2839.
[28]C. H. Jia, Y. H. Chen, X. L. Zhou, G. H. Liu, Y. Guo, X. L. Liu, S. Y. Yang, and Z. G. Wang , J. Cryst. Growth, 312 (2010) 373.
[29]T. Nakamura, Y. Tokumoto, R. Katayama, T. Yamamoto, and K. Onabe, J. Cryst. Growth, 301 (2007) 508.
[30]P. A. Anderson, C. E. Kendrick, R. J. Kinsey, A. Asadov, W. Gao, R. J. Reeves, and S. M. Durbin, Phys. Stat. Sol., 2 (2005) 2330.
[31]江志偉，“ 電漿輔助分子束磊晶在不同緩衝層上成長氮化銦之研究＂，國立中山大學物理研究所碩士論文，民國九十五年。
[32]Y. Iwahashi, H. Yaguchi, A. Nishimoto, M. Orihara, Y. Hijikata, and S.Yoshida, Phys. Stat. Sol., 3 (2006) 1515.
[33]A. G. Bhuiyan, A. Hashimoto, and A. Yamamoto, J. Appl. Phys., 94 (2003) 2779.
[34]M. Marezio, Acta Cryst., 18 (1965) 481.
[35]K. Xu, P. Z. Deng, J. Xu, G. Q. Zhou, W. J. Liu, and Y. L. Tian, J. Cryst. Growth, 216 (2000) 343.
[36]T. Ishii, Y. Tazoh, and S. Miyazawa, J. Cryst. Growth, 189 (1998) 208.
[37]H. O. Pierson, “Handbook of Chemical Vapor Deposition”, Second Edition, 1999 , pp.12-31.
[38]C. E. Morosanu, “Thin Films by Chemical Vapor Deposition”, 1990 pp.102-107.
[39]N. Takahashi, J. Ogasawara, and A. Koukitu, J. Cryst. Growth, 172 (1997) 298.
[40]Y. Kumagai, K. Takemoto, A. Koukitu, and H. Seki, J. Cryst. Growth, 222 (2001) 118.