應力鬆弛量子點之光性與電性量測

TEM 量測與分析

在前一章樣品製備時，便已介紹樣品為 3.3 ML InAs QD，而由於 已超出正常QD 可生長的臨界厚度，所以為已應力鬆弛之 QD，從 TEM 轉傅立葉的圖3-1，我們可以看到在 QD 內部以及後方都有插排缺陷 的存在[12]，而在 QD 上並沒有發現有任何插排缺陷，原因在於在生 長QD 時有在其上方長一層 InGaAs 的應力緩衝層，使其較不易有插 排缺陷的產生。

PL 量測與分析

我們先從低溫PL 開始看起(圖 3-2)，可以看到對照正常 QD 的峰 值，鬆弛 QD 在峰值的位置發生藍移的現象，顯示 QD 在應力鬆弛後，

其高度會下降，故而造成在PL 上面看到的情況，而從室溫 PL(圖 3-3) 我們發現其峰值強度比起正常QD 下降幅度很大，這是由於鬆弛 QD 尺寸較小，相對來講 bandgap 就大，如此一來對載子的侷限性便較差，

故一旦溫度升高，峰值強度就削減很快[13]，至此由 PL 數據得到鬆

弛QD 兩個特性，第一是其尺寸較小(高度較低)，第二是侷限性不佳。

C-V 量測與分析

我們由圖 3-4(正常 QD)及圖 3-5(應力鬆弛 QD)來比較，圖 3-3 的 樣品由於有經過Etching 的過程，所以 CV 平台及峰值的位置都有提 前，我們在CV 量測上面看到幾個特性，首先，QD 經過了應力鬆弛 後，對照正常QD 的縱深圖，其訊號在電性上面依然可以被量測到 [14]，除此之外，由鬆弛 QD 的 CV 量測對頻率的響應，可以推測受 到缺陷的影響，載子從QD 跳出的速度受到影響，所以在高頻時，電 子躍遷時間趕不上ac 量測頻率，其峰值濃度會下降低於室溫，而在 鬆弛QD 的縱深圖上面，我們發現 QD 訊號後緣的部份有很大的空乏 區，接著在0.34 μm 處濃度卻急遽升高，我們對照前面的 TEM，可以 推測由於QD 應力鬆弛的關係，造成 QD 內部及下方都有 misfit dislocation，由此推斷 QD 下方的缺陷能階空乏了載子，故我們才會 在縱深圖看到此情況，至於空乏區在高頻時濃度較高，可歸因於先前 所說，前面 QD 的峰值趕不上 ac 量測頻率，那麼在加深量測偏壓時，

之前沒被趕出的載子都要被強制掃出，所以造成這個結果。

DLTS 量測與分析

為比較不同厚度QD 的 DLTS 量測，量測偏壓為-1.5 V ~ -3.5 V，在 2.0 ML 以及 2.3 ML QD 我們沒有發現有任何缺陷的訊號，而 3.3 ML 在接近270 K 的位置發現了缺陷訊號的出現，利用改變不同的 Rate window，畫出阿瑞尼士圖，得到此缺陷的活化能 Ea 為 410 meV[16]，

其位置大約在QD 下方，而我們再進一步固定 rate window 2.15 ms 以 及固定量測偏壓為-1.3 V 至-2.3 V，但這次改變不同的 filling pulse，

如圖3-7，我們可以看到當 filling pulse 到達 3ms 時，缺陷峰值不再變 大，也就是已經飽和，這代表此種缺陷的類型為point defect 而非電 容值隨時間變化曲線呈現對數函數之threading dislocation[17,18]，這 個結果在後面研究會繼續應用。

C-F&G/F-F 量測與分析

由於QD 應力鬆弛，造成 QD 產生缺陷能階，而在前面 DLTS 量 測中，已經找出此缺陷能階約在 QD 下方的位置，對應我們在 CV 量 測上的縱深圖，可以得知，此缺陷能階將QD 後方的載子抓住，使其 產生一個巨大的空乏區，如此一來對於處於QD 的載子而言，要跳出 QD 就要克服一個又高又厚的能障，所以載子躍遷的時間會因此變 慢，在CV 量測可以發現有頻率響應的現象，故我們可以利用 C-F&G/F-F 量測來討論載子在不同溫度下的躍遷時間以及不同型態 的躍遷方式，如圖3-8&圖 3-9，我們可以看到在不同溫度下，載子由

QD 躍遷的速度也不同，對於鬆弛 QD 樣品，我們需要進行更深入的 研究，所以進行大範圍偏壓的C-F 及 G/F-F 量測，選定由-2 V 至-3.4 V，對照 CV 圖，便是掃了整個 QD 的能階，我們將 G/F-F 上各偏壓 峰值對應溫度畫為阿瑞尼士圖，如圖3-10 所示，在此可看到一些特 別的現象，我們先從低溫來討論，在此部分的載子從QD 躍遷出來的 速度，似乎不受溫度的影響，而是呈現定值的排列，但隨著溫度升高，

載子從QD 躍遷出來的速度，對溫度的敏感度增高，這與我們在正常 QD 上面看到的載子兩階段躍遷有極大的差別，不過若為正常 QD 躍 遷，其速度便要在更低溫才可被量測到，在此便已經顯露出鬆弛 QD 的特殊性質，而這個特性我們會在下一章詳述。

圖3-1 3.3 ML 樣品之 TEM 傅立葉轉換圖與缺陷分佈

1000 1100 1200 1300 1400 1500

1000 1100 1200 1300 1400 1500

0.0000

MA043(3.3ML) 1311 nm

300K-10mW

intensity(a.u.)

wavelength(nm)

-4 -3 -2 -1 0

0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 10¹⁶

圖3-5 3.3 ML 樣品低溫變頻 CV&縱深圖

0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

10

50 100 150 200 250 300 350 400

bias: -1.3~ -2.3V

Ea=0.41 eV

150 200 250 300 350

-0.3 filling pulse

0.2ms

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

3 4 5 6 7 8 9

-2 -1 0 1 2 3

ln ( τΤ 2 ) ( sk

)

1000/T(1/K)

-3.4 V -3.3 V -3.2 V -3.1 V -3.0 V -2.9 V -2.8 V -2.7 V -2.6 V -2.4 V -2.2 V -2.0 V

3.3 ML

圖3-10 3.3 ML 樣品在各偏壓下之阿瑞尼士圖