3-1 量子點磊晶樣品之備製
本實驗中所使用到的樣品為工研院所提供，利用分子束磊晶(Molecular beam epitaxy)機台在(100)方向的 n+-GaAs(1018 cm-3)基板上進行晶片的成長。基板成長 溫度固定在 600 ℃。而 QD、QW 的長晶溫度則設定為 485~500 ℃。成長的步驟 如下：
(1). 首先將基板溫度固定在 600 ℃，並以每秒 0.28 奈米(nm)的速率在 GaAs 基板 上成長 0.2 µm n-GaAs (Si doping：1017 cm-3)緩衝層(buffer layer)
(2). 利用成長緩衝層的最後 3 分鐘時間，於長晶的同時將基板溫度降至 550 ℃。
接著中斷成長(Growth interruption, GI) 2 分鐘的時間內把把基板溫度再降至磊 晶量子點結構所需的 480~500 ℃
(3). 之後以每秒 0.027 nm 的速率依序成長上不同厚度 InAs QD，量子點結構的磊 晶厚度為 2.34 個原子層(monolayer, ML)、3.3 ML
(3). 接著再以相同的基板溫度並配合長晶速率每秒 0.16 nm，覆蓋上一厚度為 4.8 nm 的 In0.15Ga0.85As QW
(4). 維持磊晶量子井的基板溫度(500 ℃)與長晶速率先成長上 20 秒低溫 GaAs (5). 中斷成長 2 分鐘的同時將基板溫度升 550 ℃，緊接著則是花 3 分鐘的時間利 用邊升溫邊磊晶 GaAs 的條件將基板溫度升回 600 ℃，覆蓋 0.2 µm n-GaAs(Si doping: 1017 cm-3) 覆蓋層(cap layer)。
完整的磊晶結構與能帶圖如圖 3-1 所示
3-2 蕭基接面及歐姆接面之電極製作
由於電性量測時我們是利用探針，與樣品正負極接觸，所以做為電性量測的
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樣品需要製作上加正負電極，利用電極施與逆向偏壓施加於量測樣品上，藉由調 變空乏區的大小，來得到量子點樣品的特性。首先以熱蒸鍍的方式將鋁(Al)金屬 蒸鍍於樣品的磊晶面上，所形成的蕭基接面(Schottky contact)即為我們的正電極。
而負電極的製作則是在樣品的 GaAs 基板背面點上高純度銦球(In ball)並將其置 於均勻塗滿熔融狀態之銦薄膜的矽基板上， 使正負電極將在同一方向上，方便 我們三點探針基台的量測。
詳細的蕭基接面的製備過程如下：
(1). 首先將樣品與蒸鍍金屬 Al 進行清潔，確保蒸鍍完成的蕭基接面有良好的品 質。第一個步驟將其沖泡於去離子水(D.I water)中 3 分鐘，並配合使用石英 震盪器，以去除表面的一般雜質。
(2). 緊接著將試片浸泡於丙酮溶液(Acetone)中約 3~5 分鐘，將表面油漬除去。
(3). 利用沖泡去離子水約 3 分鐘的時間將殘留的 Acetone 去除。
(4). 以水與鹽酸一比一的比例調配將鹽酸稀釋，將樣品置入溶液中 15 秒，去除 陽離子及氧化物。
(5). 以同樣比例的稀釋鹽酸將金屬 Al 表面的氧化層去除，使 Al 的表面成為乳白 色。
(6). 針對 3.06 ML 的樣品，為了避免其過大的漏電流在大負偏壓時影響電性量測 準確性，我們利用稀釋過後的硫酸與過氧化氫混合液，其調配比例為 H2O:H2O2:H2SO4 (10:1:1)。將樣品浸泡約 1 分鐘，蝕刻掉表面的 GaAs 約 50
nm。
(6). 最後則是沖泡去離子水約 3 分鐘，去除表面殘留的酸液，並用氮氣將其吹 乾。
(7). 將清洗完成的樣品以真空膠帶黏貼於載台上，覆蓋上圓形面積 0.005024 cm-3 的 Mask，利用 Mask 決定了蕭基接面的大小。
(8). 置入蒸鍍機內，使用機械幫浦(mechanical pump)粗抽至真空度為 1x10-2 torr 後再利用擴散幫浦(diffusion pump)將真空度達到 2~3x10-6 torr 以下，開始以
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熱蒸鍍的方式鍍上 Al。
詳細的歐姆接面的製備過程如下：
(1). 當樣品成功的蒸鍍上蕭基接面後，我們會在樣品的 GaAs 基板背面點上約 4 個高純度的銦球(In ball)。
(2). 將其送入高溫 300 ℃的爐管裡加熱，使 In ball 與基板的黏合性增加，透過電 性量測確保兩 In ball 間的電阻值小於 10 Ω，有良好的歐姆特性。
(3). 再將其與一表面有覆蓋一層均勻度很高的熔融狀 In 薄膜之矽基板相連接後 即完成電性量測所需要的樣品備製。
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圖 3-1 樣品結構及所對應之能帶圖
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