圖案轉移技術

此章節的實驗中使用的 AAO template 跟上一個章節一樣，AAO template 的厚度皆不大於 1000nm，在 AAO template 順利貼上選定的 基板並且去除阻障層之後，利用 RIE 與 ICP-RIE 作圖案轉移實驗，由 於兩台乾蝕刻機台通的氣體不同，所以 RIE 機台就用來蝕刻矽基板，

通入 CF4流量為 36sccm、O2流量為 18sccm，RIE 的 power 為 250W。

圖 4-4-9(a)~(d)顯示矽基板利用 RIE 蝕刻之後的 SEM 圖，乾蝕刻時間 為 3 分鐘，蝕刻的時間似乎是不夠，導致 AAO template 轉移到矽基 板上的圖案並不是很明顯。表 4-1 為 RIE 乾蝕刻條件。

Gas Flow rate (sccm)

Pressure (mTorr)

Power (W)

Temperature (℃)

CF4+O2 36+18 55 250 25

(a) (b)

(c) (d)

表 4-1 RIE 蝕刻條件

利用 ICP-RIE 蝕刻 GaAs 基板，表 4-2 為 ICP-RIE 蝕刻條件。蝕刻 時間為 1 分鐘，圖 4-4-10(a)為 AAO template 的剖面圖，AAO template 的厚度大約 700nm，可以清楚的看到將 AAO template 掀開之後，GaAs 基板的表面已經有孔洞圖案生成。圖 4-4-10(b)乾蝕刻之後未被 AAO 保護的 GaAs 表面，可以明顯的看出有 pillar 產生。圖 4-4-10(c)大部 份的孔洞圖案都有轉移到 GaAs 表面，僅有少數的基板表面完全沒有 孔洞圖案轉移，之所以會造成此現象是因為 AAO template 本身的問 題。圖 4-4-10(d)事實上 AAO template 的開孔並沒有很完全，所以會 造成部份的基板表面沒有孔洞轉移。

Gas Flow rate (sccm)

ICP:1400 25

圖 4-4-10 利用 ICP-RIE 進行圖案轉移實驗

ICP-RIE 蝕刻條件如表 4-3 所示，蝕刻時間為 2 分鐘。圖 4-4-11(a) 為 AAO template 的剖面圖，AAO template 的厚度大約 700nm，掀離 AAO template 之後，同樣在 GaAS 基板表面可以看到奈米孔洞。圖 4-4-11(b)我們看到在 GaAs 上的孔洞直徑最大約為 55nm，孔洞的直徑 較 AAO template 的孔洞直徑 90nm 來得小。圖 4-4-11(c)、(d)同樣可 以看到大部份的孔洞圖案都有轉移到 GaAs 表面，僅有少數的基板表 面完全沒有孔洞圖案轉移，也都是因為 AAO template 的擴孔沒有很 完整造成的。為 ICP-RIE 蝕刻條件。

Gas Flow rate (sccm)

ICP:500 25

GaAs

圖 4-4-11 利用 ICP-RIE 進行圖案轉移實驗

(a) (b)

(c) (d)

表 4-3 ICP-RIE 蝕刻條件

最後使用的 ICP-RIE 乾蝕刻條件如表 4-4 所示，蝕刻時間為 2 分鐘，

另外我們將蝕刻溫度升高到 180℃。這一次的圖案轉移結果是此系列 中最好的，圖 4-4-12(a)、(b)將 AAO template 掀離之後，在 GaAs 上 看到的孔洞比較明顯，而且孔洞的分佈也比較均勻。圖 4-4-12(c)以 NaOH 去除 AAO 之後，放大倍率觀看 GaAs 上的孔洞直徑，孔洞的 直徑大約為 70nm 左右。另外圖 4-4-12(d)顯示 GaAs 基板被蝕刻的深 度，最深的深度為 120nm。表 4-4 為 ICP-RIE 蝕刻條件。

Gas Flow rate (sccm)

ICP:500 180

GaAs

將 ICP-RIE 實驗中所使用到的 AAO template 以及蝕刻過後的 GaAs 表面利用 AFM 進行分析，圖 4-4-13(a) 3μm×3μm、圖 4-4-13 (b) 1μm×1μm為 AAO template 的 AFM 掃描影像，圖 4-4-13(c)、(d)為蝕 刻過後 GaAs 表面的 AFM 掃描影像，我們之後利用 Profile

measurement 分析 AAO template，如圖 4-4-14。GaAs 表面的孔洞直徑 大小，如圖 4-4-15。其中 AAO template 孔洞的直徑大約是 90nm。

圖 4-4-13AFM 影像 (a) AAO template 3μm×3μm (b) AAO template 1μm×1μm (c) GaAs 表面 3μm×3μm (d) GaAs 表面 3μm×3μm。

(a) (b)

(c) (d)

圖 4-4-14 AAO template 的 profile measurement

圖 4-4-15 GaAs 表面的 profile measurement

4.5 AAO 對於量子點磊晶層發光特性的影響

AAO 因其具有週期性排列的孔洞特性，將它貼在量子點磊晶結構 之上，AAO 此時所扮演的角色有點類似光子晶體，根據 Keunjoo Kim 等人的文獻指出^[59]，光子(photon)在奈米孔洞陣列上通過，且光子垂 直入射此一平面這行為就類似 nanodiffraction gratings，當光子可以進 入一與奈米孔洞垂直的均勻介電材料，電場與磁場就可以同時的存 在，同時光子會經由奈米孔洞被散射出來。根據他們的實驗結果發現 到，light extraction 與發光的波長、2D 光子晶體的晶格常數有關。從 PL 量測結果發現貼過 AAO 後的磊晶結構，原始發光的主要波段(main layer 厚度有相當大的關連。根據 Alexei A. Erchak 等人提出的文獻中

[61]，在 QWs 的磊晶結構之上製作出一層光子晶體，利用不同光子晶