本文主要以探討c 面與m 面氮化鎵的差異，並試著以C-V 來觀察
其差異。
本實驗乃採用原子層沉積系統(Atomic Layer Deposit, ALD)成長
Al2O3於Si(111)， c-plane ，N-face GaN， m-plane GaN， c-plane N-face
InN 以及m-plane InN 基材以製作金-氧-半二極體(MOS 二極體)，其後
以100kHz 正弦波信號來量測高頻電容；並以電荷電壓法
(Charge-Voltage)量暫穩態之電容與樣品漏電。
以Si(111)為基材製作的MIS 結構，我們可以發現其平帶電壓離
理論值甚遠，由此可推測氧化層內部尚含電荷；此外，我們輔以低頻
量測與高頻量測，以暫穩態法(Quasi-static Method)估算界面陷阱電荷
量，估算結果約為1012 cm-2．eV-1；由參考資料[13]可知，SiO2/Si(111)
的界面陷阱電荷密度，理論上應該在1011 cm-2。同時我們將C-V 量測
得到的載子濃度與霍爾量測量到的載子濃度做比較，發現電容電壓量
測值偏高。此外，我們還將霍爾量到載子濃度，C-V 量到的COX 帶入
理想低頻C-V 公式得到的理想曲線作比對，發現電容最小值皆高於
模擬值。
在兩片GaN 樣品上，我們看到了深度空乏現象，而且以電荷電
壓法量到的C-V 曲線型狀與高頻類似。此現象說明了，GaN 的少數
3
載子產生時間甚長。此外我們利用照光輔助電容電壓量測，用以估算
GaN 的平均界面態密度，發現m-GaN 與c-GaN 相去不遠，其平均介
面態密度約落在1.7×1016 m-2．eV-1 ∼ 1.9×1016 m-2．eV-1。唯一有明
顯差異的，是平帶電壓的平移。經大量取樣數據分佈觀察可知，c-GaN
有相對m-GaN 偏負電的平帶電壓。
以InN 為基材的樣品，我們看到了中間低，左右高的C-V 曲線。
截至目前為止，尚無團隊公開於期刊尚未公布完整的InN 的C-V 曲
線。也因此目前尚不確定能否以一般用於計算半導體的方式來分析
InN 的C-V 數據。

This thesis will talk about the difference between c-plane and m-plane
GaN. We use C-V measurement and try to find the difference from C-V
result.
We use atomic layer deposit (ALD) to deposit Al2O3 no n-Si (111), p-Si
(111), c-GaN, m-GaN, c-InN and m-InN for making MOS structure. And
use 100 kHz to measure high frequency C-V and charge-voltage method
to measure quasi-static capacitance and leakage current. The process and
how the instrument work will present in article.
In Si (111) case, the flat-band voltage is far away from ideal value.
This tells us charge in oxide. Result of quasi-static method shows
interface state density is between 1011 cm-2．eV-1 to 1012 cm-2．eV-1. From
Ref. 13, SiO2-Si system with 1011 cm-2 interface trap charge density for
Si (111). We compare C-V carrier concentration with Hall carrier
concentration and find some difference. We put C-V result of experiment
and simulated with COX and Hall carrier concentration we measured.
In GaN case, here is deep depletion in C-V result. And quasi-static
result also shows deep depletion of GaN. This phenomenon means
generate time of hole of n-type GaN is very long. And we use light to
excite electron and hole and measure C-V for average surface density of
state. The density of stay of Al2O3/m-GaN and Al2O3/c-GaN system is
similar. Only appearance difference between Al2O3/m-GaN and
Al2O3/c-GaN is position of flat-ban voltage. flat-ban voltage of c-GaN is
more negative than m-GaN.
For InN, we see “the middle is lower than edge” curve. Recently, few
group present complete C-V curve of InN. We can not sure whether we
can use typical way to analyze this data.

摘要 1
第一章 導論 4
第二章 實驗理論 6
2-1 MOS 結構之電容與電壓關係與分析方式 6
2-1-1 理想MOS 二極體 6
2-1-2 理想MOS 二極體高低頻曲線模擬 13
2-1-3 非理想效應 17
2-2 霍爾效應 29
2-2-1 霍爾棒量測 29
2-2-2 Van der Pauw 法量電阻率 31
第三章 儀器與量測技術介紹 32
3-1 C-V 量測 32
3-1-1 高頻量測 32
3-1-2 低頻量測 33
3-2 掃描式電子顯微鏡 36
3-3 X 光繞射儀 37
3-4 分子束磊晶系統 38
3-5 電子束蒸鍍系統 39
3-6 原子層沉積系統 40
3-7 電感耦合電漿蝕刻系統 43
第四章 實驗 45
4-1 實驗設定 45
4-2 樣品製備 45
4-2-1 正式樣品後段製程 45
4-3 量測分析設定 48
4-3-1 量測設定 48
4-3-2 數據分析原則 50
4-4 量測結果與討論 53
4-4-1 測式品 n-type Si(111) 53
4-4-2 測試品 p-type Si(111) 59
4-4-3 測試樣品之結果討論 67
4-4-4 c-GaN C-V 量測結果 68
4-4-5 c-GaN C-V 量測結果 76
4-4-6 m-GaN 與c-GaN 橫向比較與討論 84
4-4-7 c-InN C-V 量測結果 88
4-4-8 m-InN C-V 量測結果 90
4-4-9 m-InN 與c-InN 之量測結果討論 92
4-5 結論 93
參考資料 94
附錄 本論文使用之c-GaN、m-GaN、c-InN、m-InN 之資訊 96

[1] Dieter K. Schroder, Semiconductor Material And Device
Characterization third edtion (Wiley, New York, 2006), Chap. 6.
[2] E. H. Nicollian and J. R. Brews, MOS (Metal Oxide
Semiconductor)Physics and Technology (Wiley-Interscience, New
York, 1982), Chap. 2.
[3] J. Tan, M. K. Das, J. A. Cooper, Jr., and M. R. Melloch, Appl. Phys.
Lett. 70, 2280 (1997).
[4] Kevin Matocha, Vinayak Tilak, and Greg Dunne, Appl. Phys Lett. 90,
123511 (2007).
[5] Tamotsu Hashizume, Egor Alekseev, and Dimitris Pavlidis, J. Appl.
Phys. 88, 1983 (2000).
[6] H. C. Casey, Jr., G. G. Fountain and R. G. Alley, B. P. Keller and
Steven P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 68, 1850 (1996).
[7] S. BERBERICH, P. GODIGNON, M. L. LOCATELLI, J. MILLA
and H. L. HARTNAGEL, Solid-State Electronics Vol. 42, 915
(1998).
[8]Tomas J. Nego, Rev. Sci. Instrum., Vol. 57, No. 11, 2798 (1986).
[9] P. Chen, W. Wang, and S. J. Chua, Y. D. Zheng, Appl. Phys. Lett. Vol.
79, 3530 (2001).
[10] Hai Lu, William J. Schaff, and Lester F. Eastman, Appl. Phys. Lett.
Vol. 82, 1736 (2003).
[11] R. E. Jones, K. M. Yu, S. X. Li, W. Walukiewicz, J.W. Ager, E.
E. Haller, H. Lu, and W. J. Schaff, PRL 96, 125505 (2006).
[12] O Ambacher, Appl. Phys. Vol. 31, 2653–2710 (1998).
[13]施敏 著，黃調元 譯， 半導體元件物理與製作技術-第二版, 交
通大學出版社，第6章。
[14] 施敏 著，黃調元 譯， 半導體元件物理與製作技術-第二版, 交
通大學出版社，第3章。
[15]ICS操作手冊
[16] 施敏 著，黃調元 譯， 半導體元件物理與製作技術-第二版, 交
通大學出版社，第2章。
[17] E. H. Nicollian and J. R. Brews, MOS (Metal Oxide
Semiconductor)Physics and Technology (Wiley-Interscience, New
York, 1982), Chap. 7.
[18] L. W. Tu, W. C. Kuo, K. H. Lee, P. H. Tsao, and C. M. Lai, APPL.
PHYS. LETT. VOL. 77, 3788 (2000).
[19] Guy Brammertz, Koen Martens, Sonja Sioncke, Annelies Delabie,
Matty Caymax, Marc Meuris, and Marc Heyns, APPLIED PHYSICS
LETTERS 91, 133510 (2007).
[20]L. J. van der PAUW, Philips Technical Review, Vol. 20, 220 (1958).
[21] Dieter K. Schroder, Semiconductor Material And Device
Characterization third edtion (Wiley, New York, 2006), Chap. 2.
[22] Savannah 100&200型使用手冊。
[23]半導體製程技術理論Hong Xiao著，羅正忠、張鼎張 譯(二版)，
歐亞書局。
[24] X.Q. Shen, T. Ide, S.H. Cho, M. Shimizu, S. Hara, H. Okumura, S.
Sonoda, S. Shimizu, Journal of Crystal Growth 218 (2000) 155-160
[25] E. Fred Schubert, Light-Emitting Diodes, (Cambridge University
Press, 2003), Chap. 13, p. 225.