電容-電壓量測分析(Capacitance-Voltage measurement)

比較符合實際的情況，也可以減少因為捕捉位能障而影響數據的清晰度，讓數據 分析明顯化。

4.2 暫態電容量測分析(Capacitance transient spectroscopy analysis)

為了證實這個熱退火產生的缺陷具有點缺陷的特性，分別對 2.2 ML RTA650 和 2.8 ML RTA650 量測不同溫度的暫態電容。當量測時間拉長的時候，暫態電容圖是呈 現飽和的指數圖形。接著對不同溫度下所量測到的暫態電容求出各別的時間常數，

將從暫態電容得到的時間常數跟溫度的關係畫成阿瑞尼斯圖，並跟 DLTS 所得到 的阿瑞尼斯圖一起比較。不管是由暫態電容量測還是 DLTS，量測到的缺陷都是 同一種。圖 4.2-1(a)(b) 顯示 transient 跟 DLTS 所量測的為同一缺陷，即熱退火 產生的缺陷。

4.3 電容-電壓量測分析(Capacitance-Voltage measurement)

InAs+Sb QDs 2.2 ML 是良好的量子點結構，不僅可以從 PL 看到 2.2 ML 在低溫(20 K) 和室溫(300 K)的發光強度是 2.0 ML，2.2 ML 和 2.8 ML 三片裡面最好的。

圖 4.3-1(a)(b)從電性 C-V 來看，2.2 ML 也是三片裡面量子侷限力最佳的。不論 是低溫或者是室溫的 C-V 及縱深圖，2.2 ML 的量子點位置大約接近 0.3µm 圖 4.3-2(a)(b)，圖 4.3-3(a)(b)，位置會提前的關係是因為這幾片樣品量測電性 前會先經過蝕刻的緣故。圖 4.3-4(a)(b)，圖 4.3-5(a)(b) 2.8 ML 看不到良好的 侷限載子能力，是因為量子點長到 2.8 ML 的時候就已經發生晶格鬆弛，在表面 有 threading dislocation，量子點附近也有 misfit dislocation，造成 C-V 量測只能看 到載子被空乏的現象。

但是 2.8 ML 在 0.30µm 之後可以觀察到兩個明顯的峰值，為了確定這個峰值是不 是漏電流所引起的？圖 4.3-6(a)(b)把量測的偏壓從-3.5V 拉到-5V，結果顯示在 0.3µm 之後是存在有兩個峰值訊號，雖然峰值訊號跟背景濃度相差不多，但是出

44

現的位置跟量子點生長的位置相差不遠，所以認為這是量子點的訊號，但為什麼 會有兩個量子點訊號？推測是跟 InAs+Sb QDs 會產生兩群的量子點(0.3µm，

0.45µm)，這個現象也可以在光性 PL 看到。至於到 0.5µm 時候縱深圖會急遽上升，

是因為 C-V 所加的 DC 訊號已經到達缺陷的費米能階位置，造成原本被缺陷捕捉 的載子瞬間被激發出來，所以才有如此大的縱深變化圖。

根據 PL 結果顯示，InSb QDs 發光波長較長，基態能量較小，比起大能隙，短發 光波長的 InAs-rich QDs，在 C-V 量測上會先偵測到 InAs-rich QDs，爾後再偵測到 InSb QDs。圖 4.3-1(a)(b)從室溫 C-V 比較三片 as grown 2.0 ML，2.2 ML 和 2.8 ML，

在 0.28µm 的峰值應當是 InAs-rich QDs 的訊號，在 0.35µm 的峰值訊號是位在 0.28µm 位置的 InAs-rich QDs 空乏掉鄰近載子而產生的背景峰值訊號。圖

4.3-6(a)(b) C-V 在大逆偏壓下看到 2.8 ML 在 0.45µm 附近的峰值訊號，推測是 另一群量子點 InSb QDs 的訊號，後頭緊跟著被大逆偏而掃出來的缺陷訊號。

(2.2 ML RTA650/2.8 ML RTA650 低溫、室溫 C-V 分析)

圖 4.3-7(a)(b) 2.2 ML RTA650 在低溫 85 K 可以量測到一個位置在 0.4µm 附近量 子侷限現象，侷限載子濃度大約在 10¹⁷ cm^-3左右。但是到了室溫(300 K)時圖 4.3-8(a)(b)卻在 0.2µm 產生一個強烈的載子侷限訊號，侷限載子濃度大約在 5X10¹⁷ cm^-3左右。顯然地它跟低溫的量子點訊號是不同的訊號，其一，出現的位 置不相同；其二，它在室溫的侷限能力比低溫觀察到的量子點侷限能力強(不同 於量子侷限的特性)。除此之外，在室溫低頻下可以看到靠近 0.25µm 出現一個侷 限載子濃度大約為 10¹⁷ cm^-3左右的訊號，但是隨著頻率上升這個訊號也跟著消 失。

在 4.2 小節，DLTS 發現 2.2 ML RTA650 在表面存在有熱退火缺陷，所以推測在室 溫(300 K)看的 0.2µm 載子侷限訊號是缺陷的訊號，而靠近 0.25µm 低頻才出現的 訊號應該是受缺陷牽制而提前位置的低溫量子點訊號，原本量子點的訊號對頻率 的響應是不明顯的，但是因為表面產生的熱退火缺陷影響了量子點時間常數，進

45

而使量子點有頻率響應，所以到了高頻的時候看見的幾乎都是熱退火缺陷的訊號。

而低溫觀察到 0.4µm 附近的量子侷限訊號，猜想是 InAs-rich QDs 和 InSb QDs 的 合成訊號。缺陷提前量子點位置的原因可由能帶彎曲來解釋，因為缺陷活化能很 大(約 0.6 eV)，讓能帶圖呈現大幅度的彎曲，以致影響了量測量子點出現的位置。

相同的情況也可以在 2.8 ML RTA650 觀察到，圖 4.3-9(a)(b) 2.8 ML RTA650 低 溫 C-V(100 K)在 0.45µm 可以觀察到量子侷限情形，跟 2.2 ML RTA650 比較起來，

2.8 ML RTA650 看起來像有兩個量子侷限情形，一個在 0.44µm 另一個在 0.49µm。

圖 4.3-10(a)(b) 2.8 ML RTA650 室溫 C-V 跟 2.2 ML RTA650 類似，也是在 0.2µm 量測到缺陷訊號並且在低頻率下看到被缺陷牽制的訊號，但是隨著量測的頻率變 高，量子點的訊號也隨著不見。而低溫觀察到兩個量子訊號推測為

0.44µm(InAs-rich QDs)和 0.49µm(InSb QDs)。

(2.2 ML RTA650/2.8 ML RTA650 變溫 C-V 分析)

從圖 4.3-11(a)(b) 2.2 ML RTA650 及圖 4.3-12(a)(b) 2.8 ML RTA650 一系列變溫 的 C-V 量測當中，在 200 K 附近，低溫 0.4µm 附近的訊號開始往表面遷移，這時 候也伴隨著 0.2µm 的缺陷訊號出現。尤其在 2.8 ML RTA650 的變溫 C-V 中，在 200 K 之前 0.4µm 的量子訊號是左高右低，但在 200 K 之後轉換成右高左低，隨後隨 著溫度上升，訊號也開始往表面移動。

而先前 PL 量測到載子傳輸行為大概在 150 K-200K 左右，所以 2.8 ML RTA650 低溫 兩個的量子侷限行為，一個應當是 InAs-rich QDs(左邊 0.44µm)一個應當是 InSb QDs(右邊 0.49µm)。(符合 C-V 量測會先看到 InAs-rich QDs，再看到 InSb QDs)所以 當溫度升到 200 K 之後，可以看到 InSb QDs 的訊號是強於 InAs rich QDs 的訊號的。

接著當熱退火缺陷訊號產生的時候，量子點的訊號是整個被提前到 0.3µm 附近，

推測也是因為缺陷將整個能帶彎曲造成的影響，而量子點因為受缺陷抑制而具有 頻率響應。

46

(熱退火缺陷對光激發螢光的影響)

由第三章的光性分析得知經由熱退火會對 InSb QDs 的 PL 強度產生影響。不論是 2.2 ML 或是 2.8 ML 我們都可以看到熱退火會減弱 InSb QDs 的發光強度。DLTS 在 2.2 ML 和 2.8 ML 退火溫度為 650^oC 和 750^oC 時都可以量測到經由熱退火產生的缺 陷。從室溫 C-V 也可以偵測到 2.2 ML RTA650 和 2.8 ML RTA650 位於 0.2µm 附近的 深能階缺陷。綜觀以上實驗結果，推論熱退火產生的缺陷，影響 InAs+Sb QDs PL 訊號強度。另外圖 4.3-12 2.8 ML RTA650 室溫 C-V 在-1 V 附近觀察到的平台，

跟 DLTS 在-1 V 附近缺陷濃度較高，顯是 C-V -1 V 平台為 DLTS 所量測到的熱退 火缺陷訊號，也是 InSb QDs 經由熱退火發生晶格鬆弛的缺陷訊號。表 4.3-1 為 2.8 ML 不同偏壓下的缺陷濃度值。