3.1 量子線雷射之磊晶
我們利用分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy ; MBE )成長量子線雷射，
雷射長晶結構如圖 3-1 所示。基材為 InP；主動層外圍所成長的 p-InAlAs 以及 n-InAlAs 是為了做光場限制 (optical confine)與電流限制(current confine)；而主動 層外圍所成長的 130nm p-InGaAs 以及 n-InGaAs 是為了做光場導引(optical guiding)；試片中間即為主動層，我們成長了三層 InAs 的量子線結構，層與層 之間用 i-InGaAs 做隔絕，而每一層 InAs 的量子線結構厚度皆為四個原子層厚 (4ML)；另外試片最上面所成長的單層 4ML 厚的 InAs 量子線結構是為了做 AFM 分析，以及 p-type metal 之歐姆接觸(ohmic contact)並防止下層的 Al 氧化。
3.2 量子線雷射二極體之製程
為了探討量子線雷射的極化效應，我們製作了兩組具不同方向共振腔的量 子線雷射元件，分別為共振腔沿著
[ ]
110以及[ ]
110 。由於量子線是延著[ ]
110]
方 向延伸的，因此共振腔沿著 我們定義為垂直量子線(⊥QWrs)；而共振腔沿 著
[
110[ ]
110 我們定義為平行量子線( // QWrs)。製程中使用了兩道光罩，其作用分別為 (1) 製作條狀平台(mesa-stripe)；(2) 歐姆接觸(ohmic contact)。
另外我們所使用的光阻為反轉型正光阻 AZ-5214E。
3.2.1 條狀平台製作
製作條狀平台的目的是為了限制電流，避免電流發散(current spreading)。
在微影製程中我們所選用的光阻為反轉型正光阻 AZ-5214E，我們在試片上 塗佈厚度約 1.7µm 的 AZ5214E 光阻，利用微影技術定義寬度為 20µm 的條狀平 台。使用反轉型正光阻 AZ-5214E 的優點為正光阻經反轉後會形成和負光阻一 樣的蕈狀結構(under cut )，使得之後的金屬剥離(lift-off)變得更加容易。
而 AZ-5214E 光阻整個反轉過程如流程圖 3-2 所示。
濕式蝕刻(wet etching)
利用微影製程，我們定義出要做成條狀平台的區域，即為被光阻覆蓋的區 域。將試片浸泡在 H2SO4：H2O2： H2O=1：8：40 酸性溶液中，此溶液會蝕刻未覆 蓋光阻的區域，當蝕刻液蝕刻未覆蓋光阻區域至主動層上方約 2000Å，即停止 蝕刻。
氮化矽絕緣覆蓋(Si3N4 deposition)
利用電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)，在試片上方覆蓋一層氮化矽(Si3N4) 薄膜，其目的是為了做一個電流阻擋層，限制 p 型-金屬與試片的接觸面積，讓 其後所沉積的 p 型-金屬只有在條狀平台區域與試片接觸，並且隔離每個雷射元 件，使每一個元件能各自獨立操作而不受彼此影響。
3.2.2 歐姆接觸(Ohmic contact)
再次運用微影技術，用第二道光罩定義 p-型金屬區域。鍍完 p-型金屬後，
在鍍 n-型金屬前必須先將試片背面，即試片 n-型那面磨薄，利用物理研磨方法 將試片磨薄，使試片厚度磨薄至約 120µm~150µm。
表面處理(surface processing)
1. UV-OZONE 表面處理
黃光顯影後，鍍金屬前，使用 UV-OZONE 做表面處理，如此可以去除 在歐姆接觸區域的殘餘光阻，讓隨後的歐姆接觸電阻不因殘餘光阻而變 大。
2. 酸性溶液浸泡表面處理
InGaAs 與 InP 表面易形成阻值高的原生性氧化物(native oxide)，因此 在鍍金屬前必須用一些酸性溶液浸泡試片，來除去這些原生性氧化層，用 以降低接觸電阻。
鍍金屬前，將試片浸泡在鹽酸水溶液中數秒，可去除元件表面的原生 性氧化層。
金屬蒸鍍(metal deposition)
n-型與 p-型歐姆接觸金屬皆為 Ti/Pt/Au，利用電子槍蒸鍍系統鍍我們所要的 金屬。最上層的金(Au)，是為了做接觸電極(contact pad)。
剝離(lift-off)
待金屬蒸鍍完畢，將試片浸泡在丙酮中進行金屬剝離。因 AZ5214E 光阻形 成蕈狀結構(under cut)，在蒸鍍金屬的過程中，可防止金屬互相連接，並保留縫 隙讓丙酮得以進入，而和光阻產生反應，將光阻去除，輕易地使金屬剝離完成 (見圖 3-3)。若使用正光阻，光阻不會形成蕈狀結構，將使金屬剝離變得較為困 難，如圖 3-4。
快速退火(rapid thermal annealing ; RTA )
為了使試片與金屬接觸的地方形成歐姆接觸，我們必須將鍍上金屬的試 片，放入快速退火機臺，進行快速退火，退火時溫度上升，金屬會擴散至半導 體中，在接觸區域增加載子濃度，因而形成歐姆接觸。
快速退火的參數包括：溫度、時間、氣體流量。為防止金屬與氧氣發生反 應，造成金屬氧化，所以通入快速退火機台的氣體為氮氣或 forming gas﹙H2 ： N2＝15%：85%﹚，以形成良好之金屬接觸。
晶片劈裂與封裝
利用晶片之自然劈裂面進行劈裂可得良好之自然反射面，進而可得一雷射 共振腔。對於不同方向共振腔的雷射，我們所劈裂之共振腔長度，皆為 1mm。
為了測量變溫 L-I 曲線、變溫雷射光譜圖，我們必須將雷射作封裝處理，
以便裝進 cryostat 進行低溫量測實驗。