本次大會議題包含 Spintronics、MBE Fundamentals、Nitrides、III-V Compounds、Electron Devices、
Quantum Dots and Rings、Oxides、Photovoltaic Materials and Group IV’s、Photonic Devices、Nanowires and Dots、Diluted Nitrides、Site-controlled Growth、Lasers、Graphene and Spintronics Materials、II-VI Compounds、Topological Insulators and Silicides 等主要議題。大會邀請各主題中頂尖研究學者蒞臨，於 會議中分享了研究成果與心得。
開場演講：
1. Molecular Beam Epitaxy of Quantum Dots and Wires and Their Advanced Device Applications
大會邀請了豐田工業大學校長榊裕之Hiroyuki Sakaki 教授分享以 MBE 成長技術的演進以及各式 以 MBE 製作的元件應用發展。由 MBE 成長二維量子井到成長一維量子線，再到零維量子點，MBE 成長量子元件的技術可謂一日千里。隨著尺寸的微縮，利用量子點製作的電晶體(FET)成功得到高電 子遷移率，MBE 技術也能製作良好發光特性的各式光電元件，並朝向量子記憶元件的方向不斷的發展。
圖(一) 以量子點元件製作之單電子電晶體的 (a)電流-電壓特性 (b)外加電場與電子注入數目的關
圖(二) 量子點發光元件的(a)結構示意圖 (b)PL光譜圖，印證寬帶發光的特性，950nm訊號為InP 基板訊號 [2] N. Yasuoka et al and Y. Arakawa, J. Lightwave Tech. 30 (2012) 68.
2. Dissimilar Materials Epitaxy
美國加州大學 Santa Barbara 分校的 Chris Palmstrom 教授介紹了 MBE 如何利用材料不同的特性做 為控制，成長不同特性的樣品。其中舉例以鐵(Fe)成長在砷化鎵(GaAs)上，可控制 GaAs 的自旋電子狀 態，並影響其極化方向，這是由於 Fe 與 GaAs 的界面形成 Schottky barrier，造成自旋電子於此界面穿 隧。因此，透過 MBE 成長改變界面，可達成控制自旋電子，預期可以應用在自旋電子發光二極體 (spin-LED)上。
圖(三) (a) 不同自旋方向電子所產生的電位差與偏壓之關係 (b) 不同 MBE 成長條件可將不同的 自旋電子能帶於費米能階(Fermi level)上分離，紅色為多數自旋電子能帶，藍色為少數自旋電子能帶 [3]
Q. O. Hu, et al, Phys. Rev. B. 84, 085306 (2011).
本次大會也邀請了諸多於自旋電子領域有優秀成果的研究團隊發表研究成果，其中有許多演講為 本人與兩位學生獲益良多，茲重點節錄如下：
1. Spin-dependent resonant tunneling and the valence-band picture of III-V-based ferromagnetic semiconductors
日本東京大學教授Shinobu Ohya利用MBE成長GaMnAs (20 nm)/ AlGaAs (4 nm) /GaMnAs (d: 4-20 nm) /AlAs (4 nm) / Be:GaAs/ p+ GaAs(001)異質量子井，由I-V量測垂直方向的穿隧現象，並首度發現一 明顯的震盪現象，此歸因於電洞於GaMnAs中的共振穿隧，並發現穿透磁阻(TMR)的強弱與此共振穿 隧現象息息相關。並且藉由MBE製作元件，可成功操控量子能帶(quantum level)與TMR的大小。
圖(四) (a) d2I/dV2-V特性量測，可知不同的輕電洞(LHn)、重電洞(HHn)的震盪穿隧特性 (b) TMR與 外加偏壓的關係圖，不同的(LHn)、重電洞(HHn)顯示不同的TMR大小。[4] S. Ohya, P. N. Hai, Y. Mizuno,
and M. Tanaka, Phys. Rev. B 75, 155328 (2007). [5] S. Ohya, I. Muneta, P. N. Hai, and M. Tanaka, Phys. Rev. Lett. 104, 167204 (2010).
圖(五) (a)以MBE製作的GaMnAs雙能障量子井異質結構元件(QWDBs) (b) dI/dV-V, d2I/dV2-V量測 結果，在VQW<-0.1時，曲線A發生折點，顯示出TMR的上升，亦即可成功操控TMR的大小 [6] S. Ohya,
I. Muneta, and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 96, 052505 (2010).
2. Grazing Incidence Fast Atom Diffraction : an alternative to RHEED for in-situ growth monitoring
法國巴黎Pierre et Marie Curie大學的P. Atkinson教授則介紹了新穎的MBE成長監控技術，Grazing Incidence Fast Atom Diffraction (GIFAD)，有別於一般常用於MBE系統中的RHEED，GIFAD利用中子 束做為入射光源，對於基板表面的分子堆疊有更好的監控效果。
圖(六) (a) GIFAD量測原理，由於入射角in很小，且中子束波長約1Å ，與晶格常數相當接近，故 有極佳的解析能力 (b) GIFAD於系統中的架設示意圖 [7]
H. Winter and A. Schuller, Progress in Surface Science 86 (2011) 169
3. Realization of High κ Gate Dielectrics on High Carrier Mobility Semiconductors Beyond Si CMOS
本次大會也邀請了國立清華大學物理系郭瑞年教授蒞臨演講。郭教授首先講解半導體元件隨著尺 寸微縮，等效介電層厚度(EOT)也隨之降低，場效應電晶體(MOSFET)會面臨元件特性劣化，例如介電 層的漏電與閘極電壓對通道的控制即是一大難題。為了克服介電層厚度微縮造成元件劣化，如何成長 高κ值的氧化物，成為當今一大課題。郭教授隨即展示如何將MBE系統與ALD系統整合，成長小於1 nm 厚度的Ga2O3 (GGO)與Gd2O3 (GDO)於MBE成長的InGaAs與Ge MOS元件上做為介電層，並由HRTEM 影像計算介面狀態密度(Dit)，證實具有較低的界面狀態密度，可做為良好的介電層。此外，郭教授也 展示了使用各種氧化物做為介電層之MOS元件電性分析，呈現良好的元件特性。
圖(七) (a)GGO與Al2O3介面狀態密度比較 (b) Al2O3/Y2O3/In0.53Ga0.47As MOSFET 之Id-Vd特 性，由此直流分析可知，Vg<Vt時，Id漏電流被有效抑制 [8] C. A. Lin, et al, Appl. Phys. Lett. 98, 062108
(2011). [9] P. Chang, et al, Appl. Phys. Express, 4, 114202, (2011).
4. InPAs quantum dots in InP nanowires: a route for single photon emitters
光特性。此研究團隊利用vapor liquid solid(VLS)法成長InP奈米線，透過Au催化劑的大小，可控制奈米 線的直徑、形狀與位置。隨後於InP奈米線成長過程中以不連續方式通入As4氣體，會於InP奈米線中成 長出InAsP量子點。此研究難題在於如何精準控制量子點的大小、形狀與組成等等。隨後的PL光譜可 看出量子點在波長1.53m的位置有良好的發光特性與強度。
圖(八) (a)~(f)為量子點/奈米線TEM影像，可看出量子點嵌入奈米線的位置與形狀 (g)為量子點PL 光譜
5. MBE growth and properties of homogeneous, position-controlled (In,Ga)As nanowire arrays on Silicon
德國Technische Universität München大學S. Hertenberger教授則介紹了另外一種使用MBE成長 InGaAs奈米線的方法。S. Hertenberger教授利用選擇性成長的方式[10]，先在Si(111)基板上做出SiOx覆 蓋的區域，未被覆蓋的區域則可做為InGaAs成長的位置。並且藉由調變In/Ga/As的BEP，可看出不同 成分下晶格常數與發光特性的差異，達到精確調變成分的目的。
圖(九) (a) 不同In/Ga成分比例的XRD -2量測結果 (b) 不同In/Ga成分比例的PL量測結果
6. Controlled wurtzite inclusions in self-catalyzed zinc blende III-V semiconductor nanowires
德國JARA研究所的T. Rieger則介紹了另一種使用MBE與VLS法成長GaAs與InAs奈米線的方式。
與一般VLS法不同的是，T. Rieger教授不使用金做為催化劑，只使用奈米線中III族成分做為催化劑(Ga, In) [11]，成長出的奈米線直徑控制的程度較佳，並且在奈米線中發現wurtzite與zinc blende的twin phase 可藉由III族元素的加入與否來控制，有著獨到的實驗方法。
圖(十) (a) 以III族元素做為催化劑成長之奈米線TEM影像 (b) 奈米線長度對於直徑的比例與III族 催化劑的接觸角關係，說明較低的接觸角易形成直徑較大、高度較低的奈米線
圖(十一) (a) 以Ga元素做為催化劑成長之GaAs奈米線TEM影像 (b) 局部放大影像，當Ga於成長過 程中被加入時，會形成wurtzite結構之奈米線，反之則為zinc blende結構
7. Non-VLS growth of GaAs nanowire by a Ga pre-deposition technique
日本東京大學Jinkwan Kwoen博士則介紹了預成長Ga做為催化劑的方式成長GaAs奈米線，並對 VLS法成長之GaAs奈米線做比較。不使用VLS方式之奈米線，高度與直徑在不同As BEP分壓下有較接 近之大小，使用VLS法之奈米線則差異較大。
圖(十二) GaAs奈米線SEM影像 (a) 不使用VLS法成長 (b) 使用VLS法成長
圖(十三) GaAs奈米線直徑與高度之關係圖 (a) 不使用VLS法成長 (b) 使用VLS法成長
本次研討本實驗室以海報張貼的方式發表三篇研究成果。主題為 ZnMnO 的磁光特性、ZnCdO 的 獨特發光特性與 ZnO 奈米柱的成長。
本實驗室所成長之 ZnMnO，Mn 濃度可達 6%，於共振拉曼光譜(RRS)中可看到 ZnO 和 ZnMnO 各 自有 5 個和 11 個縱向光學聲子的訊號。藉由變溫共振拉曼光譜的實驗，可以得知縱向光學聲子訊號 的強度與 ZnMnO 的能隙位置相關。除此之外，Mn 摻雜 0.3%的樣品，於磁光量測中，在 0T 和 5T 時 分別有 0%和 9%的圓形極化率，並顯示順磁的特性。
ZnCdO 中調整 Cd 的比例至 2~19%，可將發光位置紅移至可見光發光範圍。在 2%樣品中，發現 ZnCdO 會在能帶中產生深淺不一的侷限態，當溫度升高時載子受聲子散射的影響會從淺的侷限態躍遷 至較深的侷限態發光，因此會造成螢光訊號隨著溫度會有劇烈的紅位移現象，從時間解析光譜中可以 明顯觀察到當溫度升高時，載子隨著時間往低能量躍遷的現象，為載子躍遷提供了有利的證據。
ZnO 奈米柱成長於 Si(111)基板上，可由 SEM 觀察到 Zn BEP 對於奈米柱表面特性的變化，也可
知奈米柱的應力自介面至表面有 0.3%的釋放。最後，於 PL 光譜中，ZnO 奈米柱有十分優異的發光特 性，說明為高品質的奈米柱成長。
本次海報發表也吸引了國內外諸多研究學者給予兩位學生充分的指導，可說是獲益良多。由於本 次研討會屬於國際性，在場所有的演講與答問均使用英文，讓參與的兩位學生更加體會英文是國際語 言的重要性，期許學生日後英文能力能更加進步，也期許有更多的機會可以鍛鍊語文能力。
本次參加研討會要感謝國科會的補助，讓本人與兩位學生有機會可以參與研討會。研討會的參與 對學生不論在研究領域或是溝通技巧上都有極大的助益，汲取這次經驗後，對學生的研究或是簡報能 力作必要性的修正，期望能再下一次的研討會中兩位學生能展現更佳的研究及簡報能力。
指導教授 周武清教授 博士生 簡崑峰
博士生 鄒安傑