电子物理学系.doc

《电子物理学系.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子物理学系.doc（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、電子物理學系計畫名稱：在高溫超導旋渦晶格與在電漿粒子晶格。結構、相變圖、溶劑的機制研究者：儒森斯坦經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：高溫超導體；p,d波（p,d Wave）；超導旋渦；融化；電漿1. 在高溫超導體的Abrikosov晶格的融化 這顯然已經沒有疑問了，不像在一般二類超導，在高溫超導的Abrikosov 晶格會溶化而變成vortex液體在不可忽的相圖的部分，再者晶格溶解的密度也很特別：它像冰一樣的溶化，液態比固體密一點，在最近的實驗中 Zeldov et al發現了有一項相當令人驚奇的現象：當溫度越接近TC 的時相變中的 entropy jump 越大，在物理想像空間裡，我(同

2、時A.Sudbo )認為vortex loops 是一個有夠的造成這項現象的原因，很多這種vortex rings 是在相變中產生的，而它們的entropy 都很大，我將計算（用一般的mean field 和 renormalization group場論的方法和我所發展的dual超導理論）在相變中的magnetization 跟entropy jumps 。2. 在無S波超導體的vortex 晶格的結構和transport我要發展在d-s 波mixing的（其描述大多數高溫超導）而在p波的（ 其描述”heavy fermion” 跟目前所發現的Sr2RuO4 超導）有效Ginzburg La

3、ndau 方程式的方法。在 p 波超導體的相變參數（order parameter） 是一向量 。因此這種材料會有很多有趣的phases ，我將仔細檢驗由超導的d ,p 波對超導旋渦和旋渦之間的作用之定量化。我將採用 time dependent Ginzburg Landau 分程式來研究超導相變的universality class 和 transport 特性。3. 在”Dusty plasma” 晶格的相圖目前在幾個研究（dusty plasma）的實驗中，在電漿裡，發現了灰塵 （dust）粒子的晶格，其中有些晶格結構和想像中的古典 Wigner晶格完全不同，雖然這套系統和 Wigne

4、r 的晶格有些種類，有些晶格的結構還是跟一般的Wigner 的晶格（closely packed body centered face 和 centered cubic）完全不同， 也很清楚的看到我們採用 analylical（ 大多數場理論的，例如平均場mean field）和 numerical（ molecular dynamics） 兩種方法做為研發相圖和激發態（聲子）的spectrum 。NSC89-2112-M009-039 (89N030)-計畫名稱：砷沉積在低溫砷化鎵中的電性物理研究研究者：陳振芳經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：氮化合物；MOCVD；活化能；深層能階；Ye

5、llow Emission；異質接面；Band Offset；暫態能譜分析；功函數；漏電流本計畫主要針對MOCVD所成長之氮化物的電性物理研究。目前此一領域在學術研究上是一新興的領域，尤其是此一材料的物埋特性研究更是如此。GaN的晶格結構與一般像GaAs化合物絕然不同，因此其物理特性，像能隙結構:有效質量觀念、局部能態結構特性、散射機制、深植與淺層能階的影響、Richardson常數等基本物理特性，甚至於量子化的物理性，都可能與一般III-V化合物大不相同;因此此一物理特性的研究，不但在學術研究上有無比的重要性，也是此一材料未來更進一步發展的重要關鍵。自從本計畫開始到目前為止，本實驗室氮化鎵的

6、物性研究上已有初步的成果與經驗，我們製成蕭基二極體並以變溫I-V量測分析其蕭基能障、Richardson常數、電流傳輸機制等，變溫霍爾量測，瞭解在此類材料中缺陷對載子的散射機制、以及compensation的影響。金屬接面的特性、深層能態的量測與分析、yellowemission的機制，以及完整的實驗分析能力等。例如在我們的實驗中我們利用純電性量測量到了氮化錶中兩個極深的能階-1.lOeV與l.27eV的物理特性，就我們所知，這是目前利用純電性所能量到氮化鎵中最深的能階，而且其可能可以解釋目前一般作PL實驗中所觀察到的yellowemission的謎。除此之外，我們也發現到了金的蕭基接面在45

7、0K以上就開始有劣化的現象，而重至於室溫一段時間後又會有變好的情況。我們下一年度的研究方向如下:(一)材料基本物理特性探討中所發現的重要事項，利用一些純電性的量測研究一些缺陷能階與一些電流機制。我們也想要利用不同的金屬去做Schottky接面，因為不同金屬做出的Schottky接面其功函數不同、漏電流也不同，我們實驗時可做的範圍較廣，而且我們也要利用不同的金屬(Ni,Au,Pd.)來做Electrical stress對金屬接面的電性影響(二)金屬接面表面處理與研究:我們製作Schottky diode的時候，我們發現在GaN上有一層Native oxide而這層氧化層的厚度會直接影響到Sch

8、ottky diode的特性，它不僅會影響turn on voltage的大小也直接影響到ideal factor(n)值與barrier high(能障高度)。所以我們必須加以研究使其不影響到實驗的分析。(三)AlGaN/InGaN/GaN異質接面的物理特性，其中包含異質接面中band offset的研究，並考慮GaN(AlN)作為isolation barrier時diffusion current是否可忽略、one-carrier SCL傳輸特性，以及作為InN(GaN)與金屬之間作蕭基接面中間層的特性，以及接面上缺陷與應力隨接面組成的變化。這項計畫主要的宗旨，是針對目前氮化合物材料的重

9、要性，我們利用量測系統諸如變溫I-V、C-V量測、導納頻譜分析、深層缺陷暫態頻譜分析等，我們又加入光電量測的優點，進行光導與光電流的實驗，利用純電性的量測與光電量測的結果相比較，並再與另一子計劃光學特性量測的結果相互對照，以得到一致的結論。希望在完成本計劃，對於末來不論是在材料特性的掌握、材料的應用、或是在材料的成長上將會有相當的助益。也希望藉由計畫約合作能使得整個計畫群能做出高品質的氮化合物。NSC89-2112-M009-024 (89N109)-計畫名稱：氮化銦鎵和氮砷化鎵三元化合成物薄膜製備及光電物理性質研究研究者：陳衛國經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：有機金屬氣相磊晶；氮砷化鎵

10、；磊晶熱力在此計畫中，我們將要繼承前三年對於氮化物磊晶的經驗，連接藍光半導體材料與傳統三五族材料，研究氮砷化鎵（GaAsN）材料，此材料由於砷與氮原子的半徑差異過大，容易產生相分離（phase separate）的現象，這個現象在氮化鎵銦的材料中也曾出現過，我們將以有機金屬氣相磊晶法來製備氮砷化鎵材料，並對此材料進行冷激光、拉曼散射及電學量測，來研究氮砷化鎵的光學及電學特性。對於氮砷化鎵的製備，將改裝現有的有機金屬汽相磊晶的系統，在我們的系統上加裝一條TBAs的反應源管線，在反應腔中以TMGa、TBAs及NH3為反應源，在約5001000的溫度範圍內進行磊晶，初步將嘗試以同質雜質摻雜的方式，先

11、研究砷摻入氮化鎵以及氮摻入砷化鎵的薄膜特性，然後再嘗試以不同的磊晶條件成長出全域組成的氮砷化鎵薄膜，初步薄膜分析將採用EDAS來分析其組成。此外，為了克服磊晶熱力學上的困難，我們將進行氮砷化鎵磊晶熱力學的分析計算。如眾所周知，熱力學模型是決定薄膜組成的主控因素，我們將利用氮砷化鎵熱力學的磊晶計算來了解磊晶溫度、五三比值、載流氣體以及反應物通入的莫耳流量對氮砷化鎵薄膜製備的影響，並尋求製備高品質的氮砷化鎵薄膜。NSC89-2112-M009-012 (89N099)-計畫名稱：氮化物藍光波段元件結構磊晶研究研究者：陳衛國經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：氮化鎵；半導體雷射；元件製程；錯位缺陷

12、；橫向磊晶層；雙異質接面結構；單層量子井結構在第二年氮化鎵半導體雷射整合計畫的磊晶子計畫中，我們將憑藉以往之氮化鎵的豐富磊晶經驗，以及p型雜質摻雜和電性活化的技術，配合即將抵台使用的(commercial)MOCVD機台高度均勻之薄膜成長的特性，積極開發元件製程中所需之關鍵技術，諸如：橫向磊晶層(ELOG)基板製作技術，導電基板GaN/SiC異質磊晶技術及GaN同質磊晶的技術。並進行發光二極體之同質p-n接面結構、雙異質接面結構、單一量子井及多重量子井元件結構的研究，以期我們所開發藍綠光甚至紅光的光電元件，以期能夠迅速趕上世界先進藍光研究團隊之研究水準。NSC89-2218-E009-002

13、(89N408)-計畫名稱：III-V族氮化物摻雜技術研究者：陳衛國經費來源：中山科學委院會 關鍵詞：氮化物；等價電子摻雜在此計畫中，初期我們將以大幅消改後之石英反應腔及MOCVD系統，針對薄膜品質作嚴密的品管監控，且利用經常運用改善GaAs , GaP品質之等價電子摻雜(isoelectronic doping)的概念，以銦原子(In)、砷原子(As)來作為等價電子摻雜原子，企圖以此來填補GaN磊晶中常見之鎵空缺(VGa)、氮空缺(VN)，預期將大大的降低GaN薄膜中的缺陷濃度，對薄膜品質應有很大的改善。之後則將等價電子摻雜技術運用到Multi-layers結構上，我們參考以往在GaAs上之

14、研究指出，當我們嚴格的控制摻雜層的厚度(-doped)，可有效的增強其發光效率，且等價電子摻雜技術也可達到降低原見中缺陷密度的結果，我們將針對不同的摻雜層厚度及其他磊晶參數作一系列樣品成長，研究其在缺陷能階上的修補程度和發光效率上的增益。modulation doping 在n-type與p-type的成長上皆可得到較高濃度的2DEG和2DHG，因此在p-n接面甚至於元件結構上皆會有很大的益處。而-doping可在薄膜磊晶成長上得到較淺層的高濃度摻雜，並且可有效的提高二維電子氣濃度(2DEG)，在電子元件的製作上為另一非常有利的摻雜方式。利用modulation doping和-doping所

15、產生之高濃度的二維電子氣(2DEG)、二維電洞氣(2DHG)，以及-氮化物材料本身具有可在高溫、高功率下操作的特性，針對場效電晶體元件的設計與製作上應是有極大的助益。因此，我們將嘗試在異質接面磊晶成長上利用modulation doping來針對n-type、p-type氮化物薄膜結構進行研究，並以SiH4為-doping摻雜反應源來對GaN薄膜做一系列的摻雜磊晶參數變化，並進行multiple-doped GaN 薄膜的相關研究，更進一步改變spacer layer材料，由此找出最佳的摻雜參數條件以及相關物理特性研究，藉此將有助於我們在各種元件製程上的設計與使用。I89037 (88.7.1

16、-89.12.30)-計畫名稱：寬能隙半導體材料及其結構之時域解析光譜之研究研究者：陳文雄經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：三五族氮化合物；原子力顯微鏡；同步輻射；X光吸收精細結構光譜；X光駐波光譜；量子點結構三族氮化物半導體一直是現代高科技產業極重要的材料，近來更引起產業界與學術界的興趣積極投入相關的研究。我們是國內少數以有機金屬化學氣相沉積法研究氮化鎵(包含合金與摻雜雜質之化合物)的團體之一，亟須強有力的光學、電學、表面特性等量測方法與技術來加以配合研究此材料的物理內涵與磊晶技術。此計劃主要著重於兩大研究方向:首先是應用我們能使用的國內外各種可利用的同步輻射光源，來照射在氮化物之合金與

17、化合物中的雜質原子(摻雜或佈植)或特定元素，我們將使用細微X射線吸收頻譜(XAFS)與X射線駐波量測(XSW)等技術來研究我們的薄膜樣品。前者主要是針對如晶體的多晶混合、三價原子分布、鍵結長度的扭曲變形與合金中多種元素的成分分析等問題；而後者主要在接近介面的晶格應力結構相變與低維量子井行為。其次，計劃使用原子力顯微鏡(AFM)來研究我們的樣品表面型態，倘若不能有系統地定時地觀察我們的薄膜樣品，我們是無法將品質提升到光電元件等級的。在沒有特定分子層之表面型態資訊的情況下是幾乎不可能來進行XSW實驗研究的。而在缺乏有關零維度量子點結構之分離與簇結的情況下，無疑地將使得有關此材料的高品質光譜難以進行

18、。由於上述的原因我們不得不強調原子力顯微鏡(AFM)表面型態研究對提昇我們研究品質的重要性。NSC89-2112-M009-013 (89N100)-計畫名稱：II-VI族稀磁性半導體之研究與凝體物理理論探討(2/2) 研究者：褚德三經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：稀磁性半導體;高壓相變;量子霍爾效應;碳微管；半導體微結構本計畫是二年期長期研究計畫 內容包括已進行多年的稀磁性三元化合物半導體薄膜之製作，高壓相變下的物理性質，光學及磁學特性的量測與長期進行的凝體理論研究，整個計畫計分成下列幾個子題，這些子題是最近幾年來本實驗長期持續進行的工作項目，少部分(子題 2 及 6)則是今年新增的研

19、究課題。子題1:半磁性半導體薄膜高壓下物理特性研究本計畫研究生長於砷化鎵 (GaAs) (100) 基板上的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 半磁性半導體薄膜，及其相關的應變超晶格 (Strained Layer Superlattice, SLS)，在高壓下拉曼散射光譜及光激冷光譜的特性，以與近二年來，我們所研究的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 半磁性半導體塊材 (bulk)，在高壓下拉曼散射光譜特性作一比較。本計畫將分兩年進行，第一年將研究生長於砷化鎵 (GaAs)

20、 (100) 基板上的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等單層薄膜高壓下的光學特性，第二年將研究 Zn1-xMnxSe (Zn1-xFexSe) / ZnSe 應變超晶格在高壓下的光學特性。本子題將由博士生邱裕煌及數位碩士生協助執行。子題2: 超真空中成長稀磁性半導體薄膜與介面應力研究本計畫擬以超高真空熱蒸鍍（UHV thermal evaporation）法，配合光激冷光譜、拉曼散射譜、TEM等量測，研究生長於砷化鎵 (GaAs) (100) 面上硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xF

21、exSe) 等半磁性半導體薄膜的成長的機制，及其光學特性及結構上的探討，期能掌握其生長變因，製作高品質的薄膜。我們將研究硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等半磁性半導體薄膜與基板介面的晶格缺陷 (lattice dislocation) 效應，及這效應和薄膜厚度變因之明確關係。本計畫分兩年執行，第一年先研究硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等半磁性半導體薄膜的生長，第二年則研究其光學特性分析其結構生長之機制。 近來界觀物理(mesoscopic physics)在國際上引起相

22、當多的注意，界觀物理系統可以是為一微小的量子力學實驗室，利用它,可從事量子力學及各種凝態物理模型的基本研究。我們希望能作出好的薄膜，在未來從事界觀物理的研究。是故我們希望能藉由光譜(PL 及 Raman)及表面分析(TEM)等工具所測得的參數，了解各種長晶條件(如溫度，蒸鍍速率，摻雜濃度，膜厚等)與晶體品質(如缺陷，雜質等)與物理特性(如能隙，表面應力)之間的關係，而得到良好的晶體品質的薄膜作出好的元件,從事界觀物理的基礎研究。本子題將由博士生林高進配合數位碩士生長期協助執行。子題3: 集束碳微管的基本激發此一子計劃將考慮由多數互相平行置放的空心圓柱狀碳微管組成的集束(bundle)系統的基本

23、激發。這些空心圓柱狀碳微管(直徑約在 1-2 nm 之間)的管軸均相互平行，且在垂直管軸方向上構成一個二維三角晶格排列。自由電荷被限制在圓柱管表面上，這些自由電荷構成一個電子氣系統，因此如有外加電場作用時，此電子氣系統將引起回應而振盪。第一年我們將利用自洽場理論求得每一圓柱狀碳微管的介電系數，則回應函數(response function)即為每一圓柱狀碳微管所有 L (角動量)模的重疊效果。最後再考慮微管與微管間的庫倫作用力，以求得整個集束系統的基本激發的性質。我們預期沿管軸方向及垂直管軸方向的電漿頻率將會有明顯的各向不等性。第二年我們將考慮外加磁場對此集束碳微管系統的作用，磁場的方向將考慮

24、沿著管軸方向，外加磁場的效應將會使原來的 L (角動量) 模的耦合，產生相當不同的效應，這些效應是否對電漿頻率造成明顯的影響，將是我們研究的重點。本子題將由博士生林青彥配合數位碩士生長期協助執行。子題4: 半導體多層微結構系統的理論探討我們將運用微擾變分法配合有效質量近似與絕熱近似，計算激子在非等方向性多層結構半導體晶體中的各種特性如束縛能及激子半徑，光吸收、振盪強度、躍遷機率。並考慮外加電場磁場效應及量子侷限效應下，激子的各束縛能態之能階及相應波函數與各個參數間的關係，並將結果與實驗結果相比較。另外,在最近幾年，激子在低維度量子系統的超級輻射(superradiance)現象，也引起了廣泛的

25、興趣。最近半導體薄膜中激子的頻率遷移已被算出且和衰變率一樣有反比於kd 的平方的關係，其中 k 是 輻射光的波數，它正比於激子的能量，而 d 是晶格常數，這項因子大大的增加了輻射率和頻率遷移。所以，在算出激子在量子微結構(量子阱，量子線，量子點等)的能量後,我們將利用多體物理的方法，計算出激子在這些結構的輻射率和頻率遷移。此子題將由博士生陳岳男協助執行。子題5: 量子霍爾效應與多層系統的基態量子霍爾效應這幾年來重要的發展集中在Skyrmion的理論.與雙層系統.的探討。我們將分兩年的時間來探討這個問題 :在計畫的第一年裏，我們將用自洽Hartree-Fock近似法，研究不同填充因子下的雙層量子

26、霍爾效應系統，看看當一些系統參數如穿隧能，Zeeman能與層間距離等改變時，基態如何隨著它們而改變，並探討這些基態的自旋結構。另外借著計算這些基態下的集體激發，看看它們是不是有個能隙來確認，這些結果可以與實驗結果互相印證。第二年時我們將探討有限溫度的情況，看看一些物理量，如磁矩、比熱及集體激發等如何隨溫度而改變。從比熱的結果我們可以看看是不是有相變發生，如果有，這種相變和skyrmion-antiskyrmion所引起的Kosterlitz-Thouless相變有何種關係？另外從計算不同填充因子時的磁矩變化，我們可以推論出單位電荷的帶電激發對應到多少自旋反轉，從而與skyrmion的實驗結果來

27、比較。此子題將由博士生林銘杰協助執行。子題6: 硒化鋅及其半磁性半導體高壓下相變化的理論計算我們將針對硒化鋅 (ZnSe) 及以其為母體的三元化合物半導體，含稀磁性與非稀磁性參雜，如硒化錳鋅(Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅(Zn1-xFexSe)、硒化鎘鋅(Zn1-xCdxSe)、硒化鎂鋅(Zn1-xMgxSe).等，進行高壓下相變及其振動模的分裂與位移現象的模擬計算。計算所需的數值程式將採用由劍橋大學卡文迪西實驗室的凝體理論組所發展出來的 CASTEP 量子力學程式。此 CASTEP 程式將由淡江大學物理系李明憲與薛宏中教授所提供。 CASTEP 已被證明能解出諸如固體或表面等延伸系統的電

28、子密度分佈及系統總能量。 CASTEP 是應用虛位能 (pseudopotential) 來近似固體中的晶體勢場，並用平面波作為基底來展開波函數。多電子的交互作用則採用由密度泛函理論 (Density Functional TheoryDFT) 所導出的交換相干 (exchangecorrelation) 位勢來近似。利用高性能的工作站或超級電腦，CASTEP 可做為在原子尺度下模擬微觀現象、並具高準確性及效率的計算工具。由於此程式已被證明對於計算多電子系統的性質具有相當精確的結果，因此我們確信利用此程式作理論計算，可對我們這些年來已獲得的稀磁性及非稀磁性半導體高壓相變的性質及機制獲得更深入的

29、了解。本子題將由博士後研究人員配合數位碩士生長期協助執行。NSC89-2112-M009-038 (89N029)-計畫名稱：超導薄膜物理與應用研究者：郭義雄經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：擾動；穿隧效應；熱電效應；Coulomb Blockade；Fockker-Planck；RSJ；沙堆模型；薄膜成長機制；混沌總計畫主要在重大設備與研究精神串聯所有子計畫，在分工合作之下完成超導薄膜物理與應用之研究。所以本計畫中除規劃研究群未來三年之所有重大設備外(詳情請見上述中型儀器設備欄)此處提出未來三年本人之研究計劃。本人未來三年的計劃主要在了解高溫超導元件擾動效應的物理性質研究的主題分別為:一

30、. 薄膜成長機制建立脈衝雷射MBE蒸鍍磊晶的高溫超導薄膜之技術，冀能得取原子級平整的薄膜。同時探討以非線性”沙堆模型”模擬正確的薄膜成長機制。二. 穿隧效應:單電子穿隧效應: 主要希望能澄清不同的擾動效應下對於電子元件表面單電子穿隧的影響。實驗上利用STM觀察磊晶超導薄膜表面在不同氧含量不同成長方向不同偏壓和不同溫度下的單電子穿隧行為(尤其是Coulomb blockade之關係；進而觀察表面能隙隨上述條件之變化關係。 三、Re0.8Pr0.2Ba2Cu3O7超導體之離子半徑效應(ionic size effect) 我們將測量Re0.8Pr0.2Ba2Cu3O7系統(Re= Er, Y, H

31、o, Dy, Gd, Eu, Sm, Nd)薄膜的X-ray 吸收近邊光譜(x-ray absorption near-edge spectroscopy, XANES), 透過光譜分析及計算樣品中的電子結構及電洞在各細部結構的分布後, 可以進一步研究Re1-xPrxBa2Cu3O7系統由於Pr所引起的離子半徑效應(ionic size effect)。 四、約瑟芬遜效應與量子霍爾效應 在巨觀量子動態假設下，探討以約瑟芬遜RCSJ模型描述量子相位的巨觀依時演化，參考de Broglie的Lorentz變換程序將能量量子化推展到動量量子化，同時依電子與渦漩量子之相對運動圖像將量子霍爾效應類比於受

32、迫約瑟芬遜交流效應。NSC89-2112-M009-030 (89N234)-計畫名稱：氮砷化鋁銦鎵量子井之光電研究研究者：黃凱風經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：氮化鎵；分子束磊晶；N2電漿產生器；氮砷化銦鋁鎵本計劃將利用已安裝於分子束磊晶系統之N2電漿源，成長氮化物光電磊晶材料。含N的III-V族化合物半導體材料在藍綠光與UV波段已可製成相當高品質之發光元件，另外利用GaInAsN氮砷化銦鎵材料製成之量子井，亦可做成1.3m紅外波段之發光元件。在基本物理光電之特性研究，氮砷化鋁銦鎵量子井是一個全新的領域，具有極高之學術研究價值。本計劃擬採用N2電漿源分子束磊晶系統，從事含N及As之化合

33、物半導體成長之研究，並將針對其異質結構，二維電子氣量子結構等，做一完整系統化之光電研究。NSC89-2112-M009-018 (89N103)-計畫名稱:氮砷化銦鎵量子井雷射研究者：黃凱風經費來源：中華電信研究所關鍵詞：分子束磊晶;氮砷化鋁銦鎵;N2電漿產生器計劃將以具有電漿源之分子束磊晶系統成長氮砷化銦鎵量子井雷射結構，並製作寬面積雷射。氮砷化銦鎵量子井可直接成長於砷化鎵基板，利用此種結構可設計出長波長1.3之雷射。此種含氮雷射結構之優點是GaInAsN與GaAs在導帶所形成之可達300meV以上可使被注入活性層之電子更不易洩出，因而使雷射特徵溫度超過130K，大輻提升1.3雷射之溫度特性

34、。InGaAsN材料系統之miscibility gap較大，故N非常不容易溶入磊晶材料中，本計劃將先從分子束磊晶成長GaInAsN著手，成長出高品質之GaInAsN量子井結構。克服N溶入磊晶內之方法是採用電漿源將活性N原子直接鍍於基座上參與反應，N溶入比例必需達到1% InGaAsN量子井PL波長才有可能達到1.3。再利用此種InGaAsN量子井雷射結構製成寬面積雷射，第一年預期目標設定為雷射之起振電流密度。C89101 (88.10.1-89.9.30)-計畫名稱：面射型雷射氧化製程技術之研發研究者：黃凱風經費來源：光環科技公司股份有限公司關鍵詞：垂直共振腔面射型雷射計畫重點包括:850N

35、M面射型雷射(VCSEL) 垂直共振腔磊晶薄膜層設計，離子佈植、氧化絕緣層之相關製程技術開發及參數研究，雷射光學和電性量測技術的建立C89209 (89.4.1-9.3.30)-計畫名稱：二維約瑟芬接面三角陣列與熱電子幅射偵射混波元件之製備與特性研究研究者：莊振益經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：約瑟芬接面陣列; 熱電子幅射混波元件;相位鎖模;兆赫電磁波源與偵檢 高溫超導研究在十年的全球性努力後如何將研究重點從材料製程的最佳化迅速轉換至實際上的應用已成為這個領域的大部分研究者的一項共識。其原因無它公眾對高溫超導的期待不可能永遠停在可望不可及的遠景上。因此若無法在近期內很快的發展出具獨特且有

36、市場競爭力的超導應用產品則可預見的公眾對超導研究的支將迅速轉趨冷淡而使此領域的研究活力迅速萎縮。有鑑於此目前在先進國家的公私立研究機構即有針對幾項特別的應用領域合作開發具商業應用價值與市場競爭力的產品的具體行動正在進行。舉例而言在美國有所謂BIG3聯盟(即由TRW,Conductus及Northrop-Grumman(前身為西屋公司的Science and Technology Center)共同組成的聯盟)將在近兩年內全力發展高溫超導在微波通訊(尤其是行動電話基台)上的應用這無疑提供了本研究對未來研究方向的擬定一項極具啟發意義的參考。 本研究群在此前的研究計劃中主要集中在鉈系及釔系高溫超導薄

37、膜的製程及薄膜結構與特性的研究。雖然這些研究提供了一個健全的研究群不可或缺的基礎也對研究人力的培養發揮了相當的貢獻。但鑒於大勢所趨吾人乃有意更進一步在現有製備高品質薄膜的基礎下對超導元件應用進行更具體的研究。 在目前超導薄膜元件的應用基本上仍是沿續傳統超導體已發展出來的觀念因此在元件設計上與製程能力的競爭上我們顯然落後其他先進的研究機構甚多而無法在如SQUID及一般的微波元件等很快的加入先頭行列。故在調查了許多相關的文獻後我們想在未來三年內對題目上所列的兩項超導元件進行研究最主要的原因是這類元件不需要複雜的製程且基本上均可在單層薄膜上以圖案化的方式製作完成。舉例而言以二維的約瑟芬三角陣列而言這

38、是目前由數值模擬結果顯示唯一可以有效產生鎖模( mode-locking )脈衝訊號之元件組態。而且其對陣列中各別的約瑟芬元件的齊一 性( uniformity )要求要比其他組態者寬鬆因此極適合嘗試在高溫超導薄膜上製備並研究其特性。在另一方面熱電子輻射偵檢混波器( Hot Electron Bolometer Mixer )目前是一極為引人注目的研究課題在實務上近一年來已有數個研究群以NbN證實其確可有效偵測THz微波但在高溫超導方面則剛在起步階段由於THz波不管在基礎研究或實際應用上均為非常重要的波段這也是一般半導體微波元件無法有效工作的範圍。所以若能適時對這一課題加以進行研究的話將有極大

39、的應用潛力。而本計劃在最後階段更有意將HEBM的接面三角陣列置於同一晶片上而完成一個可直接應用的次系統( Subsystem )相信此一構想若能順利完成的話將對國內的超導研究有相當的鼓勵作用。 本計劃的另一考量是在製備這些元件的設備上幾乎均是現有的設備所需增購的設備極為有限。在第一年的計劃中我們預計可以以我們現有製備超導薄膜的能力加上一些蝕刻技術與設備的充實完成個別的元件並測試其功能。在第二年我們則將嘗試整合此二元件於一晶片上並測試其功能。若順利的話於第三年則可進行極具附加價值的THz波偵測系統的整合工作。而在每一研究階斷測試THz訊號之設備可以和本校光電所潘犀靈教授之超快雷射研究群緊密結合借

40、用其現有之電光採樣設備( E-O sampling system )故應可以在不大量添購設備的情形下進行本研究計劃。NSC89-2112- M009-029 (89N233)-計畫名稱：氮化物材料及元件結構之光電特性研究研究者：李明知經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：氮化鎵；等價位摻雜氮化鎵；立方結構氮化鎵；氮砷化鎵；光激發深階暫態能譜；持續性光導三五族氮化物之半導體元件已經是一種可應用在藍光與紫外光波長的高可行性材料。例如，紫外光波長雷射二極體可以製造高容量、高密度的光學儲存系統(50 GByte), 高速列印系統和微小醫學器材應用等。 在本計畫中，我們將延續前幾年的光電學特性研究成果，

41、更深入地、精密地研究氮化物材料的物理結構與光電特性。我們將採用超低溫系統 (液氦4.2 K or l point 1.28 K) ，配合拉曼光譜 (Raman Spectroscopy)、冷激光光譜 (Photoluminescence) 及光激螢光激發 (Photoluminescence Excitation, PLE) 來研究等價位元素(銦、砷)摻雜的氮化鎵薄膜、立方結構的氮化鎵薄膜以及各種氮化物薄膜之光電特性、超低溫微結構 (Fine Structure) 研究、超低溫氮化物材料中缺陷能階、雜質能階所扮演角色以及解析材料中激子活化 (excitons activities) 的能階。同

42、時，將配合深階暫態能譜分析 (Deep Level Transient Spectroscopy, DLTS)、光激發深階暫態能譜分析 (Optical Deep Level Transient Spectroscopy, ODLTS) 以及持續性光導 (Persistent Photoconductivity, PPC) 量測更進一步了解這些深階缺陷或雜質的物理特性與形成亞穩態 (metastable) 行為的機制。另外，對於氮砷化鎵 (GaAsxN1-x) 三元混晶材料，隨著氮的加入造成冷激光發光光譜產生紅位移 (red shift) 的現象，亦是一個重要的發現；我們將研究其中的物理特性與

43、其發光性質與氮砷化鎵薄膜組成的關係。利用這種紅位移的現象將可能製造出波長1.3 mm 的高功率光纖通訊雷射，此長雷射波長更可降低在光纖中功率的損耗，目前已有研究群成功的做出其相關的元件，可預期氮砷化鎵將會是光纖通訊上炙手可熱的明日之星。89N-2112-M009-016 (89N102)-計畫名稱：超弦論的超對稱，D-箔規範態及R-R荷研究者：李仁吉經費來源：行政院國家科學委員會關鍵詞：超弦論的D-箔規範態；R-R荷；K-理論群 群論近年的發展已進入非微擾弦的重要階段. 自從1995D-箔的發現. 更促進了各種弦對偶的發展,尤其是Ads/CFT的發現增加了我們對超對稱規範場論的了解. D-箔有幾個重要的要素(1) 它是string solution 的簡單精確描述(2) 它帶有R-R荷(3) 它是一BPS態 本計畫將從時空規範態角度討論(2)並預期將與(3)相干(一) 在同弦情形,D-箔規範態將引起緊緻化開弦的Einstein-Yang-Mills加強對稱(二) 在type弦. 預期由時空費米規範態經T-對偶而得的D-箔規範態.可了解成R-R荷. 我們並將由worldsheet vertex算符及picture changing 去了解此一現象(三) R-R荷的另一了解是Witten 的K-theory 群. D-箔規範態與K-theory的關係. 及Sen去年的非BPS