為了更進一步降低共振光波耦合至基板逸散，我們在捲管捲曲之前，在基板上面開 出溝槽，使得捲管捲起之後，能夠立於其之上。
這裡我們先利用淺層蝕刻(shallow etching)破壞其餘三邊的應變雙層薄膜，再利用深 層蝕刻(deep etching)只讓矩形其中一邊的 AlAs 犧牲層露出。淺層蝕刻的目的是只蝕刻 應變雙層薄膜上面的 GaAs 層，盡量留下 InGaAs 層保護 U 形 mesa 的兩條邊不側向捲起。
最後再經由選擇性蝕刻來形成捲管，如此控制捲管的圈數、軸向長度以及位置。不過在 這樣的結構下，若直接用雷射光激發捲管，量子點的發光會逸散至折射率與波導結構相 近的 GaAs 基板，所以我們增加了基板蝕刻，以此作為固定的光激發微米捲管製程。圖 3.3.1 為立於溝槽上之微米捲管製程的步驟示意圖，圖 3.3.2 則為 mesa 設計圖以及捲管 影像。各道蝕刻詳細步驟以及順序如下:
1. 淺層蝕刻:
淺層蝕刻液由 NH4OH：H2O2 = 1：250 所組成，室溫下 pH 值約為 7.3。此溶液可以 選擇性蝕刻 GaAs，而較不會蝕刻 InGaAs 以及 AlGaAs 等材料。配置淺層蝕刻溶液的實 驗器皿需先用烤箱將水分烤乾，保持完全乾燥，否則不易抓準蝕刻條件。蝕刻時使用磁 石攪拌子持續攪拌，使整杯溶液的蝕刻速率保持均勻且固定。此步驟將應變雙層薄膜上
15
方的 GaAs 去除，破壞應變雙層薄膜的應力，以定義出捲管的軸向長度，捲曲長度以及 捲管中央懸空的區域大小。淺層蝕刻的矩形檯面(mesa)設計成 U 形的圖樣，如此可使樣 品薄膜捲曲後 U 型中央的部分形成懸空的捲管，U 型的兩個邊則作為支撐中央懸空捲管 的橋梁部分。
2. 基板蝕刻：
基板蝕刻溶液由 H2SO4 : H2O2 : H2O = 1 : 8 : 80 所組成，此溶液配方以約每分鐘 0.5μm 的速率蝕刻樣品中所有材料。我們利用此溶液在捲管懸空區域的中央快速蝕刻矩 形 mesa 至約 2μm 的深度，並使 U 形 mesa 釋放應力捲曲並且懸空在此矩形區塊上方，
避免在量測捲管的發光特性時，光波逸散至基板而無法測得。我們設計的基板蝕刻矩形 mesa 寬度為 20μm，但由於此蝕刻溶液樣品時會有側蝕的現象，因此蝕刻完後在樣品表 面的矩形 mesa 寬度會變為約 30μm，但是仍遠小於淺層蝕刻 U 形 mesa 中央捲管懸空的 尺寸(60μm)，因此並不至於影響後續捲管的製程與量測。
3. 深層蝕刻：如同前一節 3.2-1 所述。
4. 選擇性蝕刻：如同前一節 3.2-2 所述。
在第四步選擇性蝕刻前的三道蝕刻步驟可以依需求隨意調換其先後順序，不過如果 將深層蝕刻擺在這三道裡的最後一道效果較佳。因為深層蝕刻是用來定義捲管起始窗口，
在做完深層蝕刻之後緊接著做選擇性蝕刻，可有效避免其他兩道蝕刻步驟影響到起始窗 口的平整度。
16
圖 3.3.1 置於溝槽上之微米捲管製程示意圖
(a)分子束磊晶系統成長的樣品結構 (b)U 形淺層蝕刻 (c)矩形基板蝕刻 (d)深層蝕刻定義起始窗口 (e)選擇性蝕刻犧牲層，樣品薄膜捲曲形成捲管
(c)
(a)
(b)
(d)
(e)
17
18
樣厚度的金相對於薄膜捲起的應力有壓制的效果，可以防止 U 形 mesa 從側向捲起，只 朝我們定義出的方向捲曲。而實驗結果也顯示，多了鍍金這到步驟的確能夠大幅提升微 米捲管停留於溝槽上的成功率，見圖 3.3.3.。
(a) (b)
圖 3.3.3 鍍金之溝槽上微米捲管圖樣[樣品 Lm5403]
(a)選擇性蝕刻前圖樣 (b)選擇性蝕刻後捲管形成
19
100X，HeNe CW laser，
高解析單光儀，chopper，
衰減片，lock-in amplifier(鎖 相放大器)
激發以及收取樣品發 光，並且分析其頻譜
20