2-1 樣品製備
本論文中的樣品皆是由分子束磊晶(Molecular beam epitaxy)方式來成長,
首先在n+-GaAs(100)基板上成長 0.3μm矽摻雜n-GaAs buffer layer,成長溫度 為 600℃,接下來將溫度降到 480℃,成長 2.4ML的InAs QDs層,之後再成長不 同的覆蓋層,TR753 樣品為直接覆蓋上n-GaAs,SH332 則為覆蓋上 44Å的In0.14GaAs QW層,*SH331 為在SH332 DWELL結構中插入一個 10Å的In0.14AlAs high potential barrier材料,接下來SH430 樣品將In0.14GaAs QW拿掉,蓋上 10Å 的In0.14AlAs後直 接蓋上GaAs,SH335 將In0.14AlAs增厚到 54Å,最後在成長同樣是 0.3μm矽參雜 n-GaAs cap layer,至此就完成各片樣品的製備,[圖 2-1]為各片樣品的結構圖,
而各個樣品的長晶參數則列於[表 2-1]中。 In0.14GaAs層厚度 InAs TR753 4.63x1016cm-3 0.09Å/sec 0 InAs/In0.14GaAs SH332 7.25x1016cm-3 0.26Å/sec 44Å InAs/In0.14AlAs/
In0.14GaAs *SH331 6.9 x1016cm-3 0.26Å/sec 10Å In0.14AlAs+
樣品的電極製作分為兩個方面,分別為正面的蕭基接面(Schottky contact) 製作與背面的歐姆接面(Ohmic contact)製作。
2-2-1 蕭基接面(Schottky contact)製作
我們首先要將自MBE成長出來的晶片樣品的正面蒸鍍上圓形的圖形,我們使 用 的 金 屬 為 鋁 (Al) 作 為 蕭 基 電 極 , 圓 形 圖 形 的 直 徑 為 800 μ m( 面 積 為 0.005024cm-2),蕭基接面的好壞會直接的影響到我們量測的結果,因此在蒸鍍前 的清洗動作非常重要。以下簡單的敘述晶片清洗的步驟:
I. 置入去離子水(D.I. water)用超聲波震盪器震盪 5 分鐘→去除一般雜質 II. 置入丙酮(A.C.E)溶液中用超聲波震盪器震盪 5 分鐘→去除油漬。
III.置入去離子水中用超聲波震盪器震盪 5 分鐘→去除丙酮。
IV. 將晶片放入稀釋過的鹽酸溶液(HCl:H20=1:1)中 10 秒→去除陽離子以 及表面的氧化層。
V. 置入去離子水中用超聲波震盪器震盪 5 分鐘→去除殘餘的鹽酸溶液。
至此清洗步驟算是完成,接下來將晶片放於載具(holder)上,放上金屬遮罩(mask) 固定後(事前先將載具跟金屬遮罩用丙酮擦拭過並用氮氣吹乾)一起放入蒸鍍機 中固定放好,接下來將清潔過後鎢舟(Tungsten boat)及靶材鋁放入蒸鍍機中,
將真空度抽到 5x10-6 torr以下時即可以開始蒸鍍,通電流約 50A加熱使鋁汽化後 便蒸鍍在晶片上,至此即完成正面的蕭基接面製作。
2-2-2 歐姆接面(Ohmic contact)製作
在做好上述蕭基接面樣品後,在背面我們黏上兩顆銦(Indium)球,送入通入 氮氣的高溫爐管(300℃)中約 10 秒鐘,然後對這兩點量測電阻值,確定這兩點間 的阻值小於 10 歐姆,之後取一片矽基板加熱至 200℃左右,均勻的塗上一層銦 後將樣品背面黏於矽基板上,如此便完成背面的歐姆接面製作,整個樣品的製作 也到此告一段落。
2-3 量測系統簡介
量測系統分為光性量測跟電性量測兩部分。
2-3-1 光性量測系統
PL(Photoluminescence) 量 測 系 統 : 包 括 真 空 腔 體 、 降 溫 用 壓 縮 機 (compressor)、固態雷射(波長為 532nm,功率為 1.5W)、分光儀、Optical chopper、透鏡組、衰減片、high pass filter 以及 InGaAs 光偵測器等。
2-3-2 電性量測系統
I. Keithley 236:用來量測電流-電壓(I-V)的特性曲線。
II. HP 4194 阻抗/增益相位分析儀:主要用來量測電容-電壓(C-V)、電容-頻率(C-F,亦稱為 admittance spectroscopy)和暫態電容(transient capacitance)等特性曲線。
III.DLTS 系統(SULA technology):拿來做 DLTS 技術的量測。
IV. LakeShore 330 溫控器。
V. 變溫量測系統:包括 Cryogenic、真空幫浦、真空腔體、三軸探針台及 液態氮鋼瓶。
所有實驗量測的儀器經由 GPIB 介面與個人電腦相連接進行儀控以及擷取數 據,之後對數據的計算以及整理成圖形皆在個人電腦上進行工作。