分子束磊晶成長電制吸收光調變器結構
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(2) II.
(3) III.
(4) IV.
(5) 系所代碼：. 光電工程研究所. 論文名稱（中）： 分子束磊晶成長電制吸收光調變器結構 論文名稱（英）： InGaAlAs/InP Electro-Absorption Modulator Structures Grown by Molecular Beam Epitaxy 學位類別：. 碩士. 語文別：. 中文. 學號：. 9035609. 提要開放使用： 頁數：. 是. 62. 研究生姓名（中）： 呂受書 研究生姓名（英）：. Sho-Shou Lu. 指導教授姓名（中）：. 賴聰賢. 指導教授姓名（英）：. Tsong-Sheng Lay. 關鍵字（中）（1）：電制吸收光調變器 關鍵字（中）（2）：分子束磊晶 關鍵字（英）（1）：Electro-Absorption Modulator 關鍵字（英）（2）：Molecular Beam Epitaxy. V.
(6) 摘要. 本論文旨在設計、成長與測量電制吸收光調變器磊晶結構，並探 討其量子井的光學特性。我們所設計的磊晶結構分別為：1.5µm 波段 的對稱式、非對稱式 TE 極化量子井與極化不敏感量子井結構；TE 極化量子井結構模擬的部分，當電場的變化由-40kV/cm 到-120kV/cm 時，其波長紅移量分別為 31nm 與 50nm；極化不敏感多重量子井結 構的設計結果部分，則利用 Strained Quantum-well 的概念，使得該結 構在不同電場下對 TE 及 TM 的極化光，有相同的躍遷能量與吸收。 此三種結構均透過本實驗室的分子束磊晶系統成長，並利用標準 半導體製程技術製作量測樣本。TE 極化的部分：當由吸收係數變化 圖觀察外加偏壓由 0-1 volt 變化到 0-6 volt 時，對稱式與非對稱式結 構的紅移量分別約為 16nm 與 49nm，其 e1-hh1 的躍遷波長附近只有 很小的△n 變化，因此該結構的啾譜參數變化量很小；不過此兩種結 構的 e1-hh1 躍遷波長與光電流光譜圖，並沒有落在 1.5µm 附近及明 顯的吸收邊，推斷可能是磊晶的化合物組成改變所致。而在極化不敏 感量子井結構的部分：PL 訊號波長為 1494nm，與設計波長只有 25.6nm 的誤差；TE 極化與 TM 極化光電流光譜則顯示出兩者有相近 的躍遷波長，並且其啾譜參數變化量也很小。. VI.
(7) Abstract The work of this thesis includes designs, molecular beam epitaxy (MBE) growths and optical study of electro-absorption modulator (EAM) structures. Three EAM structures are designed near λ=1.5 µm : symmetric, asymmetric multiple quantum wells (MQWs) of TE polarization, and polarization insensitive MQWs. For symmetric and asymmetric MQWs simulation of TE polarization, their red-shift are 31 nm and 50 nm, respectively, as the electric field decrease from -40 kV/cm to -120 kV/cm. For polarization insensitive MQWs, we use the strained quantum-well concept to achieve same transition energy and absorption. After growth by MBE system, the samples were fabricated in mesa type by photolithography and wet etching. For symmetric and asymmetric quantum wells of TE polarization：the red-shift are 16 nm and 49 nm, respectively, as the bias decrease form 0-1 volt to 0-6 volt. Because of small △n near subband transition energy, these two samples exhibit small chirp parameter. However, the photoluminescence (PL) and photocurrent spectra of these two ones were not near λ=1.5 µm and obvious absorption edge. The possible reason is that the molecular beam flux have changed during growth. For polarization insensitive MQWs, the PL spectra shows 1494 nm, which only 25.6 nm differ from our design. Also, the photocurrent spectra of TE and TM polarization nearly exhibit same transition energy and have small chirp parameter.. VII.
(8) 誌謝. 很快的兩年的求學生涯即將劃下句點，雖有幾分的不捨，但還是 得勇敢的面對。其間，身邊有許多的師長、同學們與認識我的人，在 個人的生命中留下最珍藏的感激與回憶。在中山大學光電所的這段日 子裡，我要特別感謝我的兩位指導教授 賴聰賢 博士及 張道源 博 士，感謝兩位老師在課業上與實驗上的指導，讓我可以順利完成兩年 的學業。此外，也要謝謝 邱逸仁 博士，在實驗上的指導。 在分子束磊晶實驗部分，首先要感謝上屆學長：王鴻森、賴民峰 及廖烝賢，沒有他們辛苦的付出，磊晶系統很難有現在的規模。更要 感謝：宏勳、曜聰，在此兩年間彼此打氣與加油，使我們可以順利完 成分子束磊晶方面的實驗。此外也要感謝 MBE 組的學弟們：峻飲、 伯聰、志銘的幫忙，處理了許多繁瑣的事務，讓我們實驗可以順遂， 辛苦你們了。 製程方面要特別感謝雲霜、宏賓、東昆、百瑩、彥良及俊達的協 助，讓我能順利完成及學習製程方面的實驗。量測上要很感謝－猷穎 和柏平的幫忙，尤其是量測時出問題常常麻煩到你們。 最後我要感謝我的父母，謝謝他們從小到大的栽培與付出讓我能 順利完成碩士學業。還有三位小妹在生活上的幫忙，謝謝你們。. VIII.
(9) 目錄. 第一章 簡介. 1. 第二章 原理. 3. 2-1 二維量子井. 3. 2-2 量子侷限史塔克效應. 5. 2-3 極化不敏感. 6. 2-4 長波長材料系統. 8. 第三章 結構設計與模擬. 11. 3-1 TE 極化多重量子井. 11. 3-1-1 TE 極化簡單量子井結構設計範例. 11. 3-1-2 TE 極化對稱式量子井結構（EAMSYM15QWc）. 11. 3-1-3 TE 極化非對稱式量子井結構. 15. 3-1-4 TE 極化量子井結構設計比較. 15. 3-2 極化不敏感多重量子井. 18. 3-2-1 簡單極化不敏感量子井結構設計範例. 18. 3-2-2 應變平衡的極化不敏感多重量子井. 20. 3-2-3 補償量子井的設計. 23. 第四章 實驗步驟. 27. IX.
(10) 4-1 分子束磊晶成長步驟. 28. 4-2 量測樣本製作. 30. 4-2-1 TE 極化結構樣本製程. 30. 4-2-2 極化不敏感結構樣本製程. 33. 第五章 結果與討論. 35. 5-1 晶格匹配. 36. 5-2 TE 極化量子井結構. 38. 5-2-1 光激螢光光譜圖分析. 38. 5-2-2 光電流光譜圖分析. 40. 5-2-3 啾譜參數分析. 42. 5-3 極化不敏感量子井結構. 47. 5-3-1 光激螢光光譜圖分析. 47. 5-3-2 光電流光譜圖分析. 48. 5-3-3 啾譜參數分析. 50. 第六章 結論. 53. 參考文獻. 53. 附錄 A MBE 自動化系統說明. 56. 附錄 B 結構樣本電性量測. 60. X.
(11) 圖目錄. 第二章 原理 圖 2-1（a） 量子井結構與導電帶和價電帶能量躍遷圖. 4. 圖 2-1（b） 三維與二維空間的狀態能量度分佈圖. 4. 圖 2-2（a） 無外加電場的能帶圖形與波函數. 5. 圖 2-2（b） 外加電場的能帶圖形與波函數. 5. 圖 2-3 光電流光譜圖. 6. 圖 2-4 應變下的各種次能帶位置關係圖. 7. 圖 2-5 光纖衰減損耗圖. 8. 圖 2-6 化合物半導體能係與晶格常數關係圖. 9. 第三章 結構設計與模擬 圖 3-1 TE 極化簡單量子井結構. 12. 圖 3-2 對稱式量子井，電場為（a）-40 kV/cm 13 （b）-120 kV/cm 時的模擬 圖 3-3 能隙連續變化的量子井，躍遷對電場的變化圖. 16. 圖 3-4 非對稱量子井結構. 16. 圖 3-5 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. XI. 19.
(12) 圖 3-6 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. 21. 圖 3-7 (a)電場為-70 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-70 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. 22. 圖 3-8 轉移能量對電場變化的作圖. 22. 圖 3-9 重疊積分平方對電場變化的作圖. 23. 圖 3-10 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖 圖 3-11 極化不敏感與補償量子井的躍遷能量比較圖. 24. 25. 第四章 實驗步驟 圖 4-1 光罩示意圖. 32. 圖 4-2 脊狀 p-i-n 結構. 33. 第五章 結果與討論 圖 5-1 （a）InGa(1)As/InP x-ray rocking curve (b) InGa(2)Al(2)As/InP x-ray rocking curve. 37. (c) InAl(2)As/InP x-ray rocking curve 圖 5-2 EAMSYM15QWc PL 光譜圖. 39. 圖 5-3 EAM15QWc PL 光譜圖. 40. 圖 5-4 EAMSYM15QWc 光電流光譜圖. 41. 圖 5-5 EAM15QWc 光電流光譜圖. 41. XII.
(13) 圖 5-6 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的△T/T 光譜圖. 42. 圖 5-7 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. 43. 圖 5-8 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的折射係數變化量光譜圖. 43. 圖 5-9 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的啾譜參數. 44. 圖 5-10 EAM15QWc 各種逆偏下的△T/T 光譜圖. 45. 圖 5-11 EAM15QWc 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. 45. 圖 5-12 EAM15QWc 各種逆偏下的折射係數變化量光譜. 46. 圖 5-13 EAM15QWc 各種逆偏下的啾譜參數. 46. 圖 5-14 EAMPI12QWc-m PL 光譜圖. 48. 圖 5-15 TE 極化與 TM 極化光電流光譜圖. 49. 圖 5-16 TE 極化光電流光譜圖. 49. 圖 5-17 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的△T/T 光譜圖. 50. 圖 5-18 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. 51. 圖 5-19 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的折射係數變化量光譜. 51. 圖 5-20 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的啾譜參數. 52. 附錄 圖 A-1 、A-2. 57. 圖 B-1 TE 極化對稱式量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 59. 圖 B-2 TE 極化對稱式量子井結構 I-V 特性曲線圖. 59. XIII.
(14) 圖 B-3 TE 極化非對稱式量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 60. 圖 B-4 TE 極化非對稱式量子井結構 I-V 特性曲線圖. 60. 圖 B-5 極化不敏感量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 61. 圖 B-6 極化不敏感量子井結構 I-V 特性曲線圖. 61. XIV.
(15) 表目錄. 第二章 原理 表 2-1 不同應變程度與能隙的材料表. 10. 第三章 結構設計與模擬 表 3-2 EAMSYM15QWc 結構明細表. 14. 表 3-2 EAM15QWc 結構明細表. 17. 表 3-3 簡單極化不敏感量子井磊晶層組成表. 18. 表 3-4 補償量子井電子與重電洞的重疊積分平方. 25. 表 3-5 EAMPI12QWc-m 結構明細表. 26. 第五章 結果與討論 表 5-1 磊晶溫度表. 36. 表 5-2 TE 極化量子井結構厚度誤差表. 38. 表 5-3 TE 極化量子井結構 PL 波長與修正後理論波長. 39. 表 5-4 極化不敏感量子井結構厚度誤差表. 47. 表 5-5 極化不敏感量子井結構 PL 波長與修正後理論波長. 47. XV.
(16) 第一章. 簡介. 近年來，由於網際網路的快速發展與驅使，使得通訊容量不足。 相信隨著數位產品的多元化，未來通訊的容量依舊會遇到瓶頸。因 此，高頻寬與高速的光通訊元件，便受到歡迎。其中，電制吸收光調 變器（Electro-absorption modulators, EAMs）由於在應用上具備有高 速調變、低驅動電壓並且可以與雷射（Laser）或半導體光放大器 （Semiconductor optical amplifiers, SOAs）積體整合[1-2]。所以非常 適合於外部調變的高頻寬光通訊系統。 電 制 吸 收 光 調 變 器 是 利 用 電 制 吸 收 效 應 (Electro-absorption effects)。透過改變外加電場，使元件的吸收係數(Absorption coefficient) 產生變化，進而達到光的調變。目前有兩種主要的物理機制，分別為： Franz-Keldysh Effect (FKE) 與量子侷限史塔克效應[3]（Quantum Confined Stark Effect,QCSE）。FKE 效應主要為在塊材半導體(Bulk semiconductors)當外加電場增強時，吸收邊能量變小。量子侷限史塔 克效應則如同其名，發生在量子井(Quantum Wells)中，當外加電場 增強時，導電帶與價電帶的轉移能量因傾斜而變小，並且電子與電洞 的波函數，重疊積分也會變小。相對於塊材半導體，具量子侷限史塔 克效應的光調變器，有較高的調變效應。 由於在光通訊中，傳輸的媒介－光纖，其在 1.55µm 波段有最小 的損耗，因此我們選擇以磷化銦(InP)為基板，並利用分子束磊晶 (Molecular Beam Epitaxy, MBE)成長砷化鎵銦(InGaAs)、砷化鋁銦 (InAlAs)與砷化鋁鎵銦(InGaAlAs)等三元與四元材料。 此外，由於在半導體能隙間重電洞(Heavy hole)與輕電洞(Light hole)對入射光的極化方向，有不同的躍遷能量與強度。因此，元件 1.
(17) 的特性會隨極化方向而異。在某些系統的應用中，需要元件的功能對 入射光的極化方向不敏感。因此我們也設計了極化不敏感 (Polarization insensitive)的多重量子井結構[4]。 本論文的動機即在設計與利用分子束磊晶成長 TE 極化與極化不 敏感電制吸收光調變器磊晶結構。量測量子井結構的光學性質並與理 論計算作比較。. 2.
(18) 第二章. 原理. 光調變器在光通訊領域中，為一主要的元件，更關係到整個系統 所表現的特性。目前高性能光調變的特性上，需具備有高速、低驅動 電壓、低啾譜特性[5-6]與積體化 ..等能力。而電制吸收光調變器則 滿足了上述的條件。我們利用量子侷限史塔克的效應，並將磊晶結構 設計成 p-i-n 結構，其中主動區的部分由 12∼15 個量子井組成。當 透過適當的偏壓，使得二維的量子井產生對 1.5µm 附近的波長產生不 同程度的吸收，進而達到調變的目的。. 2-1 二維量子井 為了使元件具有較好的載子與光子侷限能力，我們可以用兩種不 同能隙的材料組合形成雙異質界面（Double Heterojunction）的半導 體。 當較小能隙的那層材料，厚度縮小到接近只有數十到100Å時，便 產生了量子效應[7]－電子與電洞能量量子化，並且會被侷限在非常 薄的窄能隙材料中，其能量的躍遷與載子狀態密度分佈，如圖2-1 （a）、（b）所示。由於載子的躍遷須遵守能量守恆（conservation of energy）與動量守恆（conservation of momentum），當入射光的能量 大於e1到 hh1或lh1時，便會產生躍遷，若入射光的能量小於e1到hh1 或lh1時，則不會躍遷。由於結構簡單，再加上磊晶技術的快速演變 與成熟，使近代的光電半導體元件均依賴量子井的結構。. 3.
(19) Ec. e1 Eg (x). Eg hh1 lh1. Ev. （a）. 2m* π =*2 1m π=2. e1. e2 （b）. 圖2-1（a） 量子井結構與導電帶和價電帶能量躍遷圖 （b） 三維與二維空間的狀態能量密度分佈圖 4.
(20) 2-2 量子侷限史塔克效應(Quantum Confined Stark Effect, QCSE) 在二維的量子井中，當未受到外加電場作用時，導電帶、價電帶 與電子電洞波函數分佈如圖 2-2 (a) 所示；其能帶呈現水平，且波函 數的重疊機率最高；然而當受到外加電場作用時，能帶產生傾斜並且 電子電洞波函數分佈呈現分離錯位，使得其重疊積分變小，如圖 2-2 (b) 所示。除了波函數產生錯位外，也因為能帶的傾斜使得次能帶躍 遷變短，產生紅位移(Red Shift)現象，如圖 2-3 所示。其能量的變化 量關係為 (2-1)式[8]；其中， m * 為有效質量，F 為電場，L 表量子 井寬度。. m * e F 2 L4 ∆ E 1∞ =2. (2-1). 要增加紅位移的效應時，由上式中可知，除了增加電場外，也可 以改變所設計的量子井寬度，並且會有較快的紅移效果。. 圖 2-2 (a) 無外加電場的能帶圖形與波函數分佈 (b) 外加電場的能帶圖形與波函數分佈. 5.
(21) 圖 2-3 光電流光譜圖. 2-3 極化不敏感 在許多的多重式量子井結構中，極化方向不敏感[9]的能力是很 重要的。尤其是當光纖受到環境外力改變特性時，極化的方向可能是 隨機分佈；因此必須設計出極化方向不敏感的結構，使得入射光不管 是 TE 或 TM 極化光而不會有吸收或躍遷的差異。 在未受應變的量子井中，由於重電洞與輕電洞的質量不同，使得 重電洞的躍遷能量小於輕電洞；一般 TE 極化光主要會產生 e1 與 hh1 的躍遷，TM 光則會產生 e1 與 lh1 的躍遷，如（2-2）式；其中 α HH 與. α LH 分別為重電洞與輕電洞的吸收係數。因此若要達到極化不敏 感，須讓 e1-hh1 與 e1-lh1 相等及 α HH = α LH 。 為了使重電洞與輕電洞的吸收相等，我們在材料系統中加入少量 的應變的效果，改變重電洞與輕電洞的次能帶的位置；在量子井中， 6.
(22) 1 3 α TE = α LH + α HH 4 4 α T M = α L H. （2-2）. 當井區(well)的材料層，用較大的晶格常數材料時，則便會產生壓縮 應變（compressive strain） ，使得電子對重電洞與輕電洞的躍遷能量變 大；當井區的材料層，用較小的晶格常數的材料時，則會產生伸張應 變（tensile strain），使得電子對重電洞與輕電洞的躍遷能量變小，並 且隨著應變程度的增加，輕電洞的次能帶有機會小於重電洞的次能 帶，如圖（2-4） 。直接透過利用這種能帶工程，我們便可以調整躍遷 的能量以及達到極化不敏感的目的。. 圖 2-4 應變下的各種次能帶位置關係圖. 7.
(23) 2-4 長波長材料系統 由於光纖通訊系統中，1.55µm 波長的波段具有較小的損耗，如 圖 2-5 所示。因此我們必須找出適合的材料系統，才能達到該波段。 圖 2-6 為各種化合物半導體的能隙與晶格常數的關係圖。因此我們選 擇了磷化銦（InP）為基板，並且根據晶格匹配找出三組特定的化合 物半導體組成－能隙為 0.728eV 的砷化鎵銦（In0.532Ga0.468As）、1eV 的 砷 化 鋁 鎵 銦 (In0.528Ga0.245Al0.228As) 與 1.447eV 的 砷 化 鋁 銦 (In0.523Al0.477As)。並且配合本實驗室的分子束磊晶機台，我們安裝了 八個固態源材料，分別為銦、砷、鈹及矽各一支、鎵與鋁則分別為兩 支；其中鈹與矽是要用來分別產生 P 型與 N 型的摻雜，並且將鎵與 鋁定義為 Ga(1)、Ga(2)與 Al(1)、Al(2)。由於我們可以將三組晶格匹 配的鎵和鋁材料做排列組合，因而得到數種不同應變程度與能隙的材 料，如表 2-1 所示。. 圖 2-5 光纖衰減損耗圖. 8.
(24) 圖 2-6 化合物半導體能隙與晶格常數關係圖. 9.
(25) 表 2-1 不同應變程度與能隙的材料表. Combination alloys based on the 1-eV InGa(2)Al(2)As Alloy. 1-x-y. x. y. Mismatch Str. a(out-of-plane) Ri/G.R. a(relaxed) Egus. ig(1)a(0)As. 0.532 0.468. 0. 0 M. 5.8688 0.532. 5.8688 0.728. ig(2)a(2)As. 0.528 0.2447 0.2277. 0 M. 5.8688 0.5276. 5.8688 1.000. ig(0)a(1)As. 0.523. 0 M. 5.8688 0.523. 5.8688 1.447. ig(2)a(0)As. 0.683 0.317. 0. 0.0103 C. 6.0541 0.6621. 5.9300 0.584. ig(3)a(0)As. 0.427 0.573. 0. -0.0073 T. 5.7420 0.4364. 5.8263 0.842. ig(0)a(2)As. 0.699. 0 0.301. 0.0118 C. 6.0800 0.6747. 5.9388 1.009. ig(1)a(2)As. 0.432 0.381 0.187. -0.0067 T. 5.7527 0.4407. 5.8298 1.040. ig(3)a(2)As. 0.36 0.484 0.156. -0.0118 T. 5.6660 0.3729. 5.8000 1.086. ig(2)a(1)As. 0.421 0.195 0.384. -0.0072 T. 5.7445 0.4301. 5.8268 1.348. ig(1)a(1)As. 0.358 0.315 0.327. -0.0117 T. 5.6682 0.3707. 5.8009 1.323. ig(3)a(1)As. 0.307 0.413. 0.28. -0.0154 T. 5.6067 0.3214. 5.7798 1.317. ig(0)a(3)As. 0.427. 0 0.573. -0.0065 T. 5.7564 0.4353. 5.8307 1.704. ig(2)a(3)As. 0.356 0.165 0.479. -0.0116 T. 5.6698 0.3685. 5.8013 1.579. ig(1)a(3)As. 0.31 0.273 0.417. -0.0150 T. 5.6140 0.3241. 5.7821 1.523. ig(3)a(3)As. 0.271 0.364 0.365. -0.0178 T. 5.5668 0.2857. 5.7659 1.490. 0 0.477. 註解：1. i=In[1-x-y],g=Ga[x],a=Al[y] 2. Ri = effective InAs growth rate 3. Egus = unstrained band gap 4. (3) = (1+2) 5. Ri = G.R.[ig(1)a(0)As]*0.532, or G.R.[1g(2)a(2)As]*0.5276, or G.R.[ig(0)a(1)As]*0.523. 10.
(26) 第三章. 結構設計與模擬. 由於在設計高性能的電制吸收光調變器磊晶結構時，必須考慮到 1.低驅動電壓（Low driving voltage）、2.高飽和功率[10-11]（High saturation power）、3.應變平衡（Strain balance）及 4.極化不敏感 （Polarization insensitive）等多項因素；因此結構也變的更複雜。我 們利用表 2-1 所列的 15 種化合物組成參數－材料組成，再配合適當 厚度帶入程式中模擬，並調整厚度或更換化合物材料，以便得到我們 所需要的工作波長以及估算加偏壓後的紅移量與重疊積分平方。. 3-1 TE 極化多重量子井 3-1-1 TE 極化簡單量子井結構設計範例 我們用1eV的InGa(2)Al(2)As作為位能障（barrier）、厚度約 47Å 的InGa(1)As當作位能井（well） ，經過我們的模擬後得到約1.503µm波 長的量子井，如圖3-1所示。其中-40kV/cm的電場大約為 p-i-n 結構 的內建電場，可是當電場增加到-120kV/cm時，其躍遷波長紅移到 1.514µm，然而這樣的紅移量並無法滿足我們的要求，因此我們需再 設計有較大紅移的量子井。. 3-1-2 TE 極化對稱式量子井結構（EAMSYM15QWc） 由於設計電制吸收光調變器量子井時，需有較大的紅移，方可降 低驅動電壓。由2-2式中可知，要增加紅移除了增加偏壓外，也可以 改變增加量子井的寬度。由於增加量子井的寬度，相對會減少躍遷能 量；因此我們在量子井中插入兩個 8 Å 的 Internal barriers 使得躍遷 能量可以保持在 1.5 µm 附近。圖 3-2（a）與（b）為我們所設計出 11.
(27) 的對稱式量子井結構。當電場的變化由 -40kV/cm 到 -120kV/cm時， 躍遷能量約略可由 1.498µm 變化到 1.533µm。為了增加結構的吸收 能力，我們將主動區設計成大約有3000 Å厚度、15個量子井。磊晶層 明細如表3-1所示。. InGa(2)Al(2)As. - 40 kV/cm. Harrison's Potential (eV). 1.2. 1.0. 0.8. 0.6. e1-hh1 1.5028 um 0.8396 eV. InGa(1)As. ~ 47 Å. 0.4. 0.2 -120 -100 -80 -60 -40 -20. 0. 20. 40. 60. 80 100 120 140 160 180. Width (Å). 圖 3-1. TE 極化簡單量子井結構. 12.
(28) Harrison's Potential (eV). 1.2. - 40 kV/cm. (a). 1.0. 0.8. e1-hh1 1.495 µm 0.8273 eV. 0.6. 0.4. 0.2 -200. -150. -100. -50. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. W idth (Å). Harrison's Potential (eV). 1.2. -120 kV/cm. (b). 1.0. e1-hh1 1.526 µ m 0.8084 eV. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2 -200. -150. -100. -50. 0. 50. W idth ( Å ). 100. 150. 200. 250. 300. 圖 3-2 對稱式量子井，電場為（a）-40 kV/cm (b)-120 kV/cm 時的模 擬. 13.
(29) 表 3-2. EAMSYM15QWc 結構明細表. No.. Composition. 0. InP substrate. thickness (Å). doping. temp. change, etc. S. substrate. 200.0. Si: 2E18. T(2sec)+10. 26.0. Si. 43.0. Si. Balanced strain grading steps for conduction band. 900.0. Si. Lower cladding. 43.0. Si. 26.0. Si. Balanced strain grading steps for conduction band. 7 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 100.0. Si. 8 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.0. Lower set-back layer. 9 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 43. barrier. 17. Sub-well l. 8. Internal barrier 1. 34. Sub-well 2. 8. Internal barrier 2. 17. Sub-well 3. 15 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 43. barrier. 16 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300. i-region SCH. 17 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300. Be:1E18. p-region SCH/etch-stop. 1 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 2. In0.699Al0.301(2)As. 3 In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As 4. In0.523Al0.477(1)As. 5 In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As 6. 10. (2). In0.699Al0.301 As. In0.532Ga0.468(1)As. 11 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As × 15. 12. In0.532Ga0.468(1)As. 13 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 14. In0.532Ga0.468(1)As. 18. In0.523Al0.477(1)As. 1,000.00. Be:1E18. p-upper cladding layer 1. 19. In0.523Al0.477(1)As. 1,000.00. Be:2E18. p-upper cladding layer 2. 20. In0.523Al0.477(1)As. 15,000.00. Be:3E18. p-upper cladding layer 3. 300. Be:5E18. p-contact grading step. 600. Be:8E18. p-contact layer. 21 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 22. In0.532Ga0.468(1)As. 14.
(30) 3-1-3 TE 極化非對稱式量子井結構 對稱式量子井結構其紅移的量，已經比簡單量子井結構還好，但 是依舊還是不夠。若我們繼續增加量子井的寬度，則量子效應便逐漸 消失，且主動區的量子井數目也必須相對減少。因此我們必須採用另 一種設計方法。 當 我 們 用 一 個 寬 度 8.8 nm 的 well ， 其 能 隙 為 連 續 變 化 的 In1-xGaxAs，Barrier 為 InAl(1)As。其躍遷能量對電場的變化圖，如圖 3-3 所示。可由此模擬圖中清楚的觀察到，由於結構的非對稱也使得 躍遷能量也呈現非對稱的變化。並且因為量子井為非對稱的緣故，使 得負電場區紅移速度增加許多。 但由於本磊晶系統暫無法成長能隙連續變化的量子井，因此用三 個不同能隙的 sub-well 來取代 In1-xGaxAs[12]（EAM15QWc），如圖 3-4。當電場由-40kV/cm 到-120kV/cm 時，躍遷波長可由 1.504 µm 紅 移到 1.554 µm。在高電場的操作之下，為了避免電子的次能帶超過 Barrier，我們採用具有較高能隙的壓縮應變材料－InAl(2)As 當作 Barrier。表 3-2 為非對稱量子井結構（EAM15QWc）明細。. 3-1-4 TE 極化量子井結構設計比較 下表為 TE 極化量子井結構設計比較表：. 量子井的種類. 工作波長（µm）. 紅移量. 電場為-40kV/cm 時 電場為-120kV/cm 時. (nm). 簡單量子井. 1.5028. 1.514. 11.2. 對稱式量子井. 1.495. 1.526. 31. 非對稱式量子井. 1.504. 1.554. 50. 15.
(31) 8.8nm Graded In1− x Gax As ( x = 0.44 to 0.59) 1.49 0.830. e1-hh1 Transition Energy (eV). 1.50 0.825 1.51. 0.820. 1.52. 0.815. 1.53. 0.810 0.805. 1.54. 0.800. 1.55. 0.795. 1.56. 0.790. 1.57 -150. -100. -50. 0. 50. 100. 150. Electric Field (kv/cm). 圖 3-3 能隙連續變化的量子井，躍遷對電場的變化圖. 1.4. - 40 kV/cm Harrison's Potential (eV). 1.2. 1.0. 0.8. e1-hh1 1.5041 µm 0.8242 eV. 0.6. 0.4. 0.2. 0.0 -400. -300. -200. -100. 0. 100. 200. 300. Width (Å). 圖 3-4 非對稱量子井結構. 16. 400. 500.
(32) 表 3-2 EAM15QWc 結構明細表 No.. Composition. 0. InP substrate. doping. temp. change, etc. S. substrate. 200.0. Si: 2E18. T(2sec)+10. 26.0. Si. 43.0. Si. Balanced strain grading steps for conduction band. 900.0. Si. Lower cladding. 43.0. Si. 26.0. Si. Balanced strain grading steps for conduction band. 7 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 100.0. Si. 8 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.0. Lower set-back layer. 9. 40.0. Electron barrier. 40.1. Strain balancing. 14.0. Sub-well 1. 11.7. Internal barrier 1. 28.0. Sub-well 2. 8.0. Internal barrier 2. 13.2. Sub-well 3. 16 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 16.0. Spacer. 17 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.0. i-region SCH. 18 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.0. Be:1E18. p-region SCH/etch-stop. 1 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 2. In0.699Al0.301(2)As. 3 In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As 4. In0.523Al0.477(1)As. 5 In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As 6. (2). In0.699Al0.301 As. In0.699Al0.301(2)As. 10 In0.36Ga0.484(1+2)Al0.156(2)As 11 × 15. In0.532Ga0.468(1)As. 12 In0.36Ga0.484(1+2)Al0.156(2)As 13. In0.532Ga0.468(1)As. thickness (Å). 14 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 15. In0.683Ga0.317(2)As. 19. In0.523Al0.477(1)As. 1,000.0. Be:1E18. p-upper cladding layer 1. 20. In0.523Al0.477(1)As. 1,000.0. Be:2E18. p-upper cladding layer 2. 21. In0.523Al0.477(1)As. 15,000.0. Be:3E18. p-upper cladding layer 3. 300.0. Be:5E18. p-contact grading step. 600.0. Be:8E18. p-contact layer. 22 In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As 23. In0.532Ga0.468(1)As. 17.
(33) 3-2 極化不敏感多重量子井 3-2-1 簡單極化不敏感量子井結構設計範例 由於重電洞與輕電洞質量的不同，使 e1-hh1 與 e1-lh1 的躍遷能量 不同。若在 well 中使用伸張應變(tensile strain)，那麼 e1-lh1 的躍遷 能量便會有機會與 e1-hh1 相同，進而達到極化不敏感。 我們在 InGa(1+2)As 中插入一層薄的 InGa(1)As，並且調整量子 井與 InGa(1)As 薄層厚度，使得 e1-hh1 與 e1-lh1 的躍遷能量相同， 並且將波長維持在 1.5 µm 附近，結構組成如表 3-3 所示；而其模擬 示意圖如圖 3-5 所示。. 表 3-3 簡單極化不敏感量子井磊晶層組成表 材料組成. 材料厚度. 匹配程度. Barrier. InAl(1)As. 0. 晶格匹配. Well layer 1. InGa(1+2)As. 4.6 nm. 伸張應變. Sub-well layer. InGa(1)As. 2.4 nm. 晶格匹配. Well layer 2. InGa(1+2)As. 4.6 nm. 伸張應變. Barrier. InAl(1)As. 0. 晶格匹配. 18.
(34) 1.6 1.5 1.4. (a). - 40kV/cm. Harrison's Potential (eV). 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7. e1-hh1 0.824 eV 1.503 um. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0. -300 -250 -200 -150 -100 -50. 0. 50. 100 150 200 250 300 350 400. W idth ( Å ). 1.6 1.5 1.4. - 40 kV/cm. (b). Harrison's Potential (eV). 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6. e1-lh1 0.824 eV 1.054 um. 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -300 -250 -200 -150 -100 -50. 0. 50. 100 150 200 250 300 350 400. W idth ( Å ). 圖 3-5 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. 19.
(35) 3-2-2 應變平衡的極化不敏感多重量子井 圖 3-6 與圖 3-7 為第二種設計，將圖 3-5 中晶格匹配的 InGa(1)As 改用兩個 sub-well，量子井的部分一樣是用具伸張應變的 InGa(1+2)As 材料。 Barrier 的部分為了應變平衡，所以我們用具壓縮應變的 InAl(2)As 材料。圖 3-8 與圖 3-9 分為轉移能量對電場變化的作圖和 重疊積分平方對電場變化的作圖。. 1.4. - 40 kV/cm. (a) Harrison's Potential (eV). 1.2. 1.0. 0.8. 0.6. e1-hh1 1.5262 um 0.8123 eV. 0.4. 0.2 -350-300-250-200-150-100 -50. 0. 50 100 150 200 250 300 350 400 450. Width (Å). 20.
(36) 1.4. Harrison's Potential (eV). 1.2. (b). - 40 kV /cm. 1.0. 0.8. e1 -lh 1 1.5 26 8 u m 0.8 12 0 e V. 0.6. 0.4. 0.2. 0.0 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50. 0. 50 100 150 200 250 300 350 400 450. W idth ( Å ). 圖 3-6 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. 1.4. (a). - 70 kV /cm. Harrison's Potential (eV). 1.2. 1.0. 0.8. 0.6. e1-hh1 1.5399 um 0.8051 eV. 0.4. 0.2 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50. 0. 50 100 150 200 250 300 350 400 450. W idth ( Å ). 21.
(37) 1.4. Harrison's Potential (eV). 1.2. - 70 kV/cm. (b). 1.0. 0.8. e1-lh1 1.5391 um 0.8055 eV. 0.6. 0.4. 0.2. 0.0 -350-300-250-200-150-100 -50. 0. 50 100 150 200 250 300 350 400 450. Width (Å). (b) 圖 3-7 (a)電場為-70 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-70 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. e1-hh1 TE e1-lh1 TM 1.520. Transition Energy (eV). 0.816. 0.814 1.525 0.812 1.530. 0.810. 0.808. 1.535. 0.806 1.540 0.804 -80. -60. -40. -20. 0. 20. 40. 60. Electric Field (kV/cm). 圖 3-8 轉移能量對電場變化的作圖 22. 80.
(38) e1-hh1 e1-lh1. 1.00. ( Overlap integral ). 2. 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 -80. -60. -40. -20. 0. 20. 40. 60. 80. Electric Field (kV/cm ). 圖 3-9 重疊積分平方對電場變化的作圖 3-2-3 補償量子井的設計 由圖 3-8 中可以看到，隨著偏壓的改變 e1-hh1 與 e1-lh1 的躍遷能 量幾乎重疊；然而圖 3-9 重疊積分平方的部分，卻有近 20％的落差， 會造成 e1-hh1 與 e1-lh1 的躍遷能量相同，而吸收係數卻不一樣。因 此我們必須再設計一量子井結構來補償 e1-hh1 重疊積分平方不足的 地方。 下圖 3-10 為我們所設計的補償量子井結構，sub-well 的部分則改 用壓縮應變的 InGa(2)As，well 的部分用晶格匹配的四元材料，Barrier 的部分改用伸張應變的 InGa(1)Al(2)As。圖 3-11 為極化不敏感與補償 量子井的躍遷能量比較圖，可以發現兩者幾乎相同。表 3-4 為補償量 子井電子與重電洞的重疊積分平方；與圖 3-9 極化不敏感量子井結構 的重疊積分平方差相比，約略為每三個極化不敏感量子井中，插入一 個 補 償 量 子 井 。 表 3-5 為 混 合 兩 種 量 子 井 結 構 的 明 細 表 （EAMPI12QWc-m）；m 表示為 mix。 23.
(39) 1.4. - 40 kV/cm. (a). Harrison's Potential (eV). 1.2 1.0 0.8. e1-hh1 1.526 um 0.8124 eV. 0.6 0.4 0.2 0.0 -200. -150. -100. -50. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. W idth ( Å ). Harrison's Potential (eV). 1.4. - 40 kV /cm. (b). 1.2 1.0 0.8. e1-lh1 1.3559 um 0.9143 eV. 0.6 0.4 0.2 0.0 -200. -150. -100. -50. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. W idth ( Å ). 圖 3-10 (a)電場為-40 kV/cm 時，量子井重電洞位能圖 (b)電場為-40 kV/cm 時，量子井輕電洞位能圖. 24.
(40) compensating QW P-I QW. 0.818. Transition Energy (eV). 0.816 0.814 0.812 0.810 0.808 0.806 0.804 -80. -60. -40. -20. 0. 20. 40. 60. 80. Electric Field (kV/cm). 圖 3-11 極化不敏感與補償量子井的躍遷能量比較圖. 表 3-4 補償量子井電子與重電洞的重疊積分平方 e1-hh1 F=. overlap integral square (compensating QW). -70. 48.67%. -65. 50.61%. -60. 52.70%. -55. 54.96%. -50. 57.43%. -45. 60.14%. -40. 63.11%. 25.
(41) 表 3-5 EAMPI12QWc-m 結構明細表. ×9. ×3. No.. Composition. 0. InP substrate. 1. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 2. In0.699Al0.301(2)As. 3. thickness (Å). doping. temp. change, etc. S. substrate. 200.00. Si: 2E18. T(2sec)+10. 26.00. Si. Balanced strain grading steps for. In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As. 43.00. Si. conduction band. 4. In0.523Al0.477(1)As. 900.00. Si. Lower cladding. 5. In0.421Ga0.195(2)Al0.384(1)As. 43.00. Si. Balanced strain grading steps for. 6. In0.699Al0.301(2)As. 26.00. Si. conduction band. 7. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 100.00. Si. 8. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 446.00. Lower set-back layer. 9. In0.699Al0.301(2)As. 23.00. Strain balance. 10. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 15.00. Spacer. 11. In0.427Ga0.573(1+2)As. 30.00. QW. 12. In0.532Ga0.468(1)As. 17.50. sub-well 1. 13. In0.427Ga0.573(1+2)As. 13.00. QW. 14. In0.532Ga0.468(1)As. 17.50. sub-well 2. 15. In0.427Ga0.573(1+2)As. 30.00. QW. 16. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 15.00. Spacer. 17. In0.699Al0.301(2)As. 23.00. Strain balance. 18. In0.432Ga0.381(1)Al0.187(2)As. 34.00. Strain balance. 19. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 15.00. QW. 20. In0.683Ga0.317(2)As. 21.75. sub-well 1. 21. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 20.00. QW. 22. In0.683Ga0.317(2)As. 21.75. sub-well 2. 23. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 15.00. QW. 24. In0.432Ga0.381(1)Al0.187(2)As. 34.00. Strain balance. 25. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 446.00. i-region SCH. 26. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.00. Be:1E18. p-region SCH/etch-stop. 27. In0.523Al0.477(1)As. 1000.00. Be:1E18. p-upper cladding layer 1. 28. In0.523Al0.477(1)As. 1000.00. Be:2E18. p-upper cladding layer 2. 29. In0.523Al0.477(1)As. 15000.00. Be:3E18. p-upper cladding layer 3. 30. In0.528Ga0.245(2)Al0.228(2)As. 300.00. Be:5E18. p-contact grading step. 31. In0.532Ga0.468(1)As. 600.00. Be:8E18. p-contact layer. 26.
(42) 第四章. 實驗步驟. 本論文的實驗步驟，可以用下面的流程圖來表示。本章節將介紹 磊晶成長步驟與量測樣本製作。. 27.
(43) 4-1 分子束磊晶成長步驟 A. 清洗 InP 基板 1. 將基板置於加熱中的丙酮，以去除表面的油漬，再用異丙醇 去除表面殘餘的丙酮，循環兩次後用去離子水清洗乾淨， 2. 腐蝕液清洗基板 [A(40sec) → DI water → B(60sec) → DI water]x2→C(40sec)→DI water(60sec) A： H2SO4：H2O2：H2O = 18：1：1 B： H3PO4：HCl：H2O2 = 1：1：2 C： HCl：H2O = 1：9 3. 最後使用 spinner 脫水吹乾 B. 黏基板 將吹乾後的 InP 基板，用適量的 In 黏著於 moly block，In 的用量 需確實以避免掉片情況。 C.. 將 wafer 置於 Introduction chamber 中，待真空值達< 10-7 torr 後，始可將 wafer 傳送到 Analysis chamber。在 Analysis chamber 中加熱清潔約 15 分鐘，使 wafer 表面殘留水氣蒸發。加熱的溫 度約可達到 220~240℃，待冷卻至 100℃後將 wafer 傳送到 Growth chamber。. D. 開液態氮系統冷卻 Growth chamber，待液態氮溫度讀值約-100∼ -90℃，始可開始升溫各個 effusion cell。 E. 設定 effusion cell 溫度 In：838℃ Ga(1)：951℃ Ga(2)：901℃. 28.
(44) Al(1)：1094℃ Al(2)：1045℃ Be：702℃ Si：1106℃ F. 開啟 cracker valve 使 As overpressure 達 1.2E-7 torr，確定 wafer 受 As 保護後，始可升基板的溫度。 G. 基板溫度校正 當 As 壓力保持在 1.2E-7 torr 後，基板升溫至 430℃左右（以 pyrometer 為主），便開始觀察 Rheed pattern 的變化。 1. 找 2 second temperature 每隔約 5∼10℃升基板溫度，之後便關掉 As cracker valve， 看 Rheed pattern 是否有在 2 秒的時間左右，half order 變化 到 quarter order 2. 以已找到的 2 second temperature 為基準（校正後的基板溫度 大約為 445∼450℃） ，再多升基板溫度約 20 或 25℃，清潔 基板的表面使雜質分子，如氧或碳等；等約 5∼10 分(或 Rheed pattern 有變霧)後再降回 2 second temperature，並再 次檢查 2 second temperature。 F. 為了有好的磊晶品質，將基板溫度設為 460~465℃，As 壓力定 為 1.2E-7 torr，開 substrate holder rotater(約 7 Volt)。 G. 最後確實檢查各 cell 溫度、As 壓力、基板溫度、rotater 旋轉速 度與基板長晶位置 H. 開啟 remote shutter[附錄 A]，開始磊晶成長。. 29.
(45) 4-2 量測樣本製作 4-2-1 TE 極化結構樣本製程 此樣本製程步驟有三道光罩，步驟如下。 A. 表面不平坦製程 1. 清洗晶片 ACＥ→ 異丙醇→ DI water，重複 3 次。用乾燥空氣吹乾。 2. 曝光顯影 a.去水氣：烤箱烤 90℃，10 分鐘；以便增加光阻附著能力。 b.光阻塗佈（AZ1500） 轉速：4000 轉 30 秒 c.軟烤 Hot plate 烤 100℃，1 分 30 秒。 d.定義光阻圖案 以光罩對準機定義光罩阻擋區，之後以顯影液：（AZ developer：H2O = 1：2）顯影出所定義的圖形。 曝光條件：25 秒 顯影條件：60 秒 3. 硬烤 Hot plate 100℃，烤 2 分 30 秒。 4. 蝕刻 蝕刻樣本：使用 H3PO4：H2O2：H2O=1：2：37 的溶液，蝕 刻率約 ∼2.2 um /min。蝕刻約 ４分 30 秒。 5. 去除光阻 ACＥ→異丙醇→DI water，重複 3 次。用乾燥空氣吹乾。. 30.
(46) B.. 元件主體製程（mesa） 1.. 曝光顯影 a.去水氣：烤箱烤 90℃，10 分鐘；增加光阻附著能力。 b.光阻塗佈（AZ1500） 轉速：4000 轉 30 秒 c.軟烤 Hot plate 100℃，烤 1 分 30 秒。 d.定義光阻圖案 以光照對準機定義光罩阻擋區，之後以顯影液：（AZ developer：H2O = 1：2）顯影出所定義的圖形。 曝光條件：25 秒 顯影條件：60 秒. 2. 硬烤 Hot plate 烤 100℃，2 分 30 秒。 3.. 蝕刻 蝕刻 p-i-n 樣本：使用 H3PO4：H2O2：H2O=1：2：37 的溶 液，蝕刻速率約 ∼2.2 um /min。蝕刻約 7 分鐘。. 4.. 去除光阻 ACＥ→ 異丙醇→ DI water，重複 3 次。再用乾燥空氣吹乾。. C. 蒸鍍 P 型金屬 1. 曝光顯影 a.去水氣：烤箱烤 90℃，10 分鐘；增加光阻附著能力。 b.光阻塗佈（AZ1500） 轉速：4000 轉 30 秒. 31.
(47) c.軟烤 Hot plate 100℃，烤 1 分 30 秒。 d.定義光阻圖案 以 光 照 對 準 機 定 義 光 罩 阻 擋 區 ， 之 後 以 顯 影 液 ：（ AZ developer：H2O = 1：2）顯影出所定義的圖形。 曝光條件：25 秒 顯影條件：60 秒 2. 硬烤 Hot plate 烤 100℃，1 分鐘。 3. 利用蒸鍍機鍍共約3500Å厚度的鉻（Cr：300Å）和金（Au： 3200Å） 由於主要的圖形定義為環狀包覆形式，為了方便 lift off 應避 免蒸鍍過厚的金。 4. 金屬剝除 ACＥ→ 異丙醇→ DI water，重複 3 次。用乾燥空氣吹乾。 金屬回火處理 5. 用砂紙將 wafer 背面的 In 抹除。 6. 回火溫度為 420℃，時間 30 秒，使用 H2+N2 氣體。. 圖 4-1 光罩示意圖. 32.
(48) 4-2-2 極化不敏感結構樣本製程 為配合量測極化不敏感，我們需將樣本製作成脊狀的 p-i-n 結構， 如圖 4-2 所示，以配合量測。. 圖 4-2 脊狀 p-i-n 結構. 製程步驟如下： 1. 清洗晶片 ACＥ→異丙醇→DI water，重複 3 次。用乾燥空氣吹乾。 2. 曝光顯影 a.去水氣：烤箱烤 90℃，10 分鐘；以便增加光阻附著能力。 b.光阻塗佈（AZ1500） 轉速：4000 轉 30 秒 c.軟烤 Hot plate 烤 100℃，1 分 30 秒。 d.定義光阻圖案 以光罩對準機定義光罩阻擋區，之後以顯影液：（AZ developer：H2O = 1 ：2）顯影出所定義的圖形。 曝光條件：25 秒 顯影條件：60 秒 3. 硬烤 Hot plate 100℃，烤 2 分 30 秒。 33.
(49) 4. 蝕刻 蝕刻樣本：使用 H3PO4：H2O2：H2O=1：2：37 的溶液，蝕 刻率約 ∼2.2 um /min。蝕刻約 12 分鐘。 5. 鍍金 利用蒸鍍機先鍍鉻（Cr厚度約50 Å）再鍍上金（Au厚度約300 Å） 6. 去除光阻 ACＥ→異丙醇→DI water，重複 3 次。用乾燥空氣吹乾。 7. 用砂紙將 wafer 背面的 In 抹除。 8. 切下很短的脊狀 diode，以減少 diode 的漏電流。. 34.
(50) 第五章. 結果與討論. 在本次的實驗中，吾人共完成了三種電制吸收光調變器的磊晶成 長與特性量測；其中包含了 TE 極化對稱式與非對稱式的量子井結 構，及極化不敏感的量子井結構。由 3-1-3 節中可知，TE 極化非對稱 式結構比對稱式量子井結構具備有較大的紅移特性；而極化不敏感量 子井結構，則有相同的次能帶躍遷與吸收。 實驗之量測結果共分為電性與光學量測，電性量測分為 I-V 與 C-V 量測[附錄 B]；光學量測分為光激螢光光譜圖(PL spectra)、光電 流光譜圖(Photocurrent spectra)、吸收係數變化光譜圖(differential absorption spectra, ∆α )及折射係數變化光譜圖(differential refractive index spectra, ∆n )；其中 ∆n 是由 Kramers-Krönig transform 轉換得 來。因此吾人可以利用這些光學量測結果、分析並作為下次實驗的修 改與參考。. 35.
(51) 5-1 晶格匹配 由於成長此複雜的結構須精準校正分子束流量，使得三組化合物 材料：InGa(1)As、InAl(1)As 與 InGa(2)Al(2)As 與 InP 基板晶格匹配。 並且利用高解析度的 Double crystal x-ray Diffraction (DCXR)來量測 磊晶層與基板的匹配程度，取其 In、Ga(1)、Ga(2)、Al(1)與 Al(2) effusion cell 的溫度，表 5-1 所示為我們所量測出的磊晶溫度表。圖 5-1 中分 別為量測出來晶格匹配的 x-ray rocking curve 圖。. 表 5-1 磊晶溫度表 化合物材料. In. Ga(1). Ga(2). Al(1). Al(2). 溫度(℃). 838. 901. 953. 1094. 1045. 8000 7000. (a). InGa(1)As_InP (1) TIn=838, TGa(1)=959, 3000 Å (2) TIn=838, TGa(1)=956, 3000 Å (3) TIn=838, TGa=953(1), 3000Å (4) TIn=838, TGa=950(1), 3000 Å Tsub=445. (3) 3.42. Intensity (a.u.). 6000 5000. 92.29. 4000 3000 2000 1000. (4). (2). (1). -243.54. 245.52. 593.1. 104.88. 113.27. 109.08. 0 -400. -200. 0. 200. Arcsec. 36. 400. 600. 800. 2003/3/25.
(52) 8000 7000 6000. Intensity(a.u.). 5000 4000 3000 2000. In G a (2 )A l(2 )A s _ In P (1)TIn =839 TAl(2)=1044.5 TG a(2)= 901.5 3000 Å (2)T In = 8 3 9 T A l(2 )= 1 0 4 4 .5 T G a (2 )= 9 0 5 3000Å. 1 5 .3 5 3. (b). (2 ). (1 ). 146. -5 3 T p yro = 4 6 0. 1000 0 -1 0 0 0 -4 0 0. -2 0 0. 0. 200. 400. 2 0 0 3 /0 4 /2 9. A rcs e c. InA l(1)As. (c). 7.6. Intensity (a.u.). 10000. TIn=838 TAl(1)=1094 Tpyro=460 Thickness=1.65um. 422.2. 1000. 100. 10 -736.940. 30.706. 798.352. 1565.998. Arcsec. 2003/5/1. 圖 5-1 （a）InGa(1)As/InP x-ray rocking curve (b) InGa(2)Al(2)As/InP x-ray rocking curve (c) InAl(2)As/InP x-ray rocking curve. 37.
(53) 5-2 TE 極化量子井結構 5-2-1 光激螢光光譜圖分析 針對 TE 極化對稱式與非對稱式量子井結構（結構編號分別為 EAMSYM15QWc 與 EAM15QWc） ，我們首先量測其光激螢光光譜圖 (PL spectra)，分別如圖 5-2、5-3 所示。發現其主動區的波長與我們 所設計的 1.5µm 有一段差距，下表 5-2 中為量子井的設計與量測結果 比較。 根據表 5-2 的比較，猜測造成波長差異這麼大的原因應該是 1. 實際量子井厚度不符 2.分子束流量異動。根據第一個可能，我們利 用測厚儀量測磊晶的實際厚度來推算量子井的理論波長，如表 5-3 所 示。由於量子井的 PL 波長與修正後理論波長之間的差值還是相當的 大，並且磊晶層實際的厚度並沒有與設計厚度相差太多，因此研判應 該是磊晶的過程中，分子束的流量產生改變，使得主動區的波長產生 大量偏移。因此必須要再重新校正磊晶的流量。. 表 5-2 TE 極化量子井結構厚度誤差表 EAMSYM15QWc. EAM15QWc. (030508). (030517). 22688. 22703. 1494. 1488. 厚度（Å）. 21256. 21391. PL 波長 (nm). 1405. 1385. 厚度 (％). -6.31. -5.78. 波長 (nm). 89. 103. 結構編號 厚度（Å） 設計. 波長 (nm) (O kV/cm). 量測. 誤差. 38.
(54) 表 5-3 TE 極化量子井結構 PL 波長與修正後理論波長 EAMSYM15QWc. EAM15QWc. (030508). (030517). PL 波長 (nm). 1405. 1385. 修正後理論波長 (nm). 1486. 1478. 差值 (nm). 81. 93. 結構編號. EAMSYM15QWc 0.0018. 9350. 0.0016. Intensity (a.u.). 0.0014 0.0012 0.0010 0.0008. 13250 14050. 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 -0.0002 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. Wavelength (Å). 圖 5-2 EAMSYM15QWc PL 光譜圖. 39. 18000.
(55) EAM15QWc 0.010. 13300 13850. Intensity (a.u.). 0.008. 0.006. 0.004. 9350 0.002. 0.000 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. 18000. Wavelength (Å). 圖 5-3 EAM15QWc PL 光譜圖. 此兩結構除有 PL 波長的誤差外，其頻譜在 1.32∼1.33µm 還有一 個很強的訊號，猜測可能是四元材料的波長。. 5-2-2 光電流光譜圖分析 我們將磊晶成長完後的樣本，利用半導體製程製作成如圖 4-1 所 示的主體(mesa)，再透過本實驗室的光電流光譜儀測量。由於入射光 是由主體的背面沿磊晶層的方向穿透，因此量測的結果均為 TE 極 化，圖 5-4 與 5-5 為量測的結果，可以明顯發現非對稱式的結構比對 稱式結構具有較大的紅移量，與我們所模擬時的情形吻合。不過兩結 構的吸收邊並不明顯，因此無法與理論的紅移量（stark shift）作比較。. 40.
(56) EAMSYM15QW c 80. 0 volt -0.5 volt -1 volt -2 volt. Photocurrent (a.u.). 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 13000. 13500. 14000. 14500. 15000. W avelength ( Å ). 圖 5-4 EAMSYM15QWc 光電流光譜圖. EAM15QW c. Photocurrent (a.u.). 50. 0 volt -1 volt -2 volt -3 votl -4 volt -5 volt -6 volt. 40. 30. 20. 10. 0 13000. 13500. 14000. 14500. 15000. W avelength ( Å ). 圖 5-5 EAM15QWc 光電流光譜圖. 41. 15500.
(57) 5-2-3 啾譜參數分析 在光通訊中，由於啾譜參數（chirp parameter）為一重要參數，因 此我們利用量測 TE 極化光電流光譜的樣本，透過量測各種逆偏壓下 的穿透率變化量（△T/T） ；再將穿透率變化量除以磊晶結構 i 層的總 厚度，便可以得到各種逆偏壓下的吸收係數變化量（ ∆α ）。再透過 Kramers-Krönig Transform 關係式，則可得到折射係數變化量。由啾 譜參數的關係式，如式 5-1 所示[5-6]，則便可以求得該樣本的啾譜 參數。. αL =. 4 ⋅ π ⋅ ∆n λ ⋅ ∆α. (5-1). 在 EAMSYM15QWc 樣本方面，為了使 K-K Transform 可以轉換 的更準確，所以我們將穿透率變化量的波長範圍由 1100nm 變化到 1600nm。. EAMSYM15QW c 0.025. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. 0.020 0.015 0.010. ∆T T. 0.005. volt volt volt volt volt volt. 0.000 -0.005 -0.010 -0.015 -0.020 -0.025 11000. 12000. 13000. 14000. 15000. 16000. W avelength (Å ). 圖 5-6 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的△T/T 光譜圖 42.
(58) EAMSYM15QWc 800. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. 600 400 200. ∆α (cm−1). volt volt volt volt volt volt. 0. -200 -400 -600 -800 11000. 12000. 13000. 14000. 15000. 16000. Wavelength (Å). 圖 5-7 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. EAMSYM15QWc 0.006 0.004 0.002. ∆n. 0.000 -0.002. 0-1 volt 0-2 volt 0-3 volt 0-4 volt 0-5 volt 0-6 volt. -0.004 -0.006 -0.008. -0.010 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. Wavelength (Å). 圖 5-8 EAMSYM15QWc 各種逆偏下的折射係數變化量光譜圖 43.
(59) 3. 0-6 volt. 2 1. αL. 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 14000. 14050. 14100. 14150. 14200. 14250. 14300. 14350. Wavelength (Å). 圖 5-9 EAMSYM15QWc 的啾譜參數 圖 5-6 便為△T/T 量測的結果。在 e1-hh1 能量躍遷附近，PL 波長約 在 1405nm 附近，觀察吸收係數變化量光譜圖 5-7；當逆偏壓為 0-6 volt 時，∆α 最大吸收變化量約有 408 cm-1。而此偏壓之下的 ∆n（圖 5-8） ， 卻只有 8.54E-4 的變化。因此圖 5-9 中 α. α. L. L. 在 0-6 volt 逆偏壓之下，其. 在波長 1400nm∼1440nm 附近變化均在 1∼-3 間。 而在 EAM15QWc 樣本方面，其穿透率變化量量測結果為如圖. 5-10 所示。在 e1-hh1 躍遷能量附近（λ＝1385nm），觀察吸收係數變 化量光譜圖，圖 5-11 所示；當逆偏壓為 0-3 volt 時， ∆α 的吸收變化 量，有 527cm-1 的吸收變化量。然而此波長之下的 ∆n （圖 5-12） ，有 1.281E-3 的變化。因此圖 5-13 中 α. L. 在此逆偏壓之下，其 α L 在波長. 1400∼1425nm 附近，變化均在 1∼-3 之間。. 44.
(60) EAM15QW c 0.025 0.020 0.015 0.010. ∆T T. 0.005 0.000 -0.005 -0.010 -0.015. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. -0.020 -0.025 -0.030 -0.035 -0.040. volt volt volt volt volt volt. 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. W avelength (Å). 圖 5-10 EAM15QWc 各種逆偏下的△T/T 光譜圖. EAM15QW c 1000. 500. ∆ α ( cm − 1 ). 0. -500. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. -1000. volt volt volt volt volt volt. -1500 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. W avelength ( Å ). 圖 5-11 EAM15QWc 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. 45.
(61) EAM15QW c 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002. ∆n. 0.000 -0.002 -0.004. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. -0.006 -0.008 -0.010 -0.012 -0.014. volt volt volt volt volt volt. 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. W avelength ( Å ). 圖 5-12 EAM15QWc 各種逆偏下的折射係數變化量光譜. 0-3 volt 1. αL. 0. -1. -2. -3. -4 14000. 14050. 14100. 14150. 14200. Wavelength (Å). 圖 5-13 EAM15QWc 的啾譜參數. 46. 14250.
(62) 5-3 極化不敏感量子井結構 5-3-1 光激螢光光譜圖分析 針對極化不敏感量子井結構（結構編號為 EAMPI12QWc-m） ，其 光激螢光光譜圖(PL spectra)，如圖 5-14 所示。並與設計的波長作比 較，如表 5-4 所示。其波長的誤差只有 25.6nm，若將厚度的誤差值 -4.24％考量進來，並重新模擬波長，如表 5-5 所示。則其誤差縮小 到 20.7nm。 表 5-4 極化不敏感量子井結構厚度誤差表 EAMPI12QWc-m. 結構編號. (030512). 厚度（Å） 設計. 波長 (nm) (O kV/cm). 量測. 誤差. 22638 1519.6. 厚度（Å）. 21678. 波長 (nm). 1494. 厚度 (％). - 4.24％. 波長 (nm). 25.6. 表 5-5 極化不敏感量子井結構 PL 波長與修正後理論波長 EAMPI12QWc-m. 結構編號. (030512). PL 波長 (nm). 1494. 修正後理論波長 (nm). 1514.7. 差值 (nm). 20.7. 47.
(63) EAMPI12QWc-m 0.014. 14940 0.012. Intensity (a.u.). 0.010 0.008 0.006 0.004. 9340 0.002 0.000 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. 18000. Wavelength (Å). 圖 5-14 EAMPI12QWc-m PL 光譜圖. 5-3-2 光電流光譜圖分析 由於要測量 TE 極化與 TM 極化的光電流光譜圖，因此我們必須 利用半導體製程技術，製作如圖 4-2 所式的脊狀 p-i-n diode。以利入 射光從磊晶層的側面打入，並量測出其 TE 極化與 TM 極化光電流光 譜圖，結果如下圖 5-15 所示。可以看出 TE 極化與 TM 極化的峰值躍 遷能量相同，透露出兩者間的吸收邊應該相同，但兩者的光電流光 譜，有大漏電流使得無法外加逆偏壓。因此，另外我們也製作了 TE 極化的量測樣本，如圖 4-2，量測此樣本的 TE 極化光電流光譜圖； 並發現在 1.51µm 附近有明顯的吸收邊。. 48.
(64) Photocurrent (a.u.). 3.0x10. -4. 2.5x10. -4. 2.0x10. -4. 1.5x10. -4. 1.0x10. -4. 5.0x10. -5. 14700. TM 0 volt TE 0 volt. 14700. 0.0 13500. 14000. 14500. 15000. 15500. 16000. Wavelength (Å). 圖 5-15 TE 極化與 TM 極化光電流光譜圖. EAMPI12QW c-m TE polarization. Photocurrent (a.u.). 40. 0 volt -0.5 volt -1 volt -1.5 volt -2 volt. 15100 Å 30. 20. 10. 0 14500. 14750. 15000. 15250. 15500. W avelength ( Å ). 圖 5-16 TE 極化光電流光譜圖. 49. 15750. 16000.
(65) 5-3-3 啾譜參數分析 此樣本：EAMPI12QWc-m，其穿透率變化量量測結果為圖 5-17 所示。在 e1-hh1 能量躍遷附近，PL 波長約在 1494nm，觀察吸收係 數變化量光譜圖 5-18；當逆偏壓為 0-4 volt 時， ∆α 有約 312cm-1 的吸 收變化量。然而此偏壓之下的 ∆n （圖 5-19），有約 1.463E-3 的變化 量。因此圖 5-20 中 α. L. 在 0-4 volt 逆偏壓之下，其 α. L. 在波長 1510∼. 1560nm 附近變化均在 1∼-2 之間。. EAMPI12QWc-m 0.018 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 ∆T 0.002 0.000 T -0.002 -0.004 -0.006 -0.008 -0.010 -0.012 -0.014 -0.016. 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6. volt volt volt volt volt volt. 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. Wavelength (Å). 圖 5-17 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的△T/T 光譜圖. 50.
(66) EAMPI12QW c-m 600. 400. 200. ∆α (cm−1 ) 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6. -200. -400. volt volt volt volt volt volt. -600 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000. W avelength (Å). 圖 5-18 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的吸收係數變化量光譜圖. EAMPI12QWc-m. 0-1 volt. 0-2 volt 0.0045 0.0040 0-3 volt 0.0035 0-4 volt 0.0030 0-5 volt 0.0025 0-6 volt 0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 ∆ n 0.0000 -0.0005 -0.0010 -0.0015 -0.0020 -0.0025 -0.0030 -0.0035 -0.0040 -0.0045 -0.0050 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 Wavelength (Å). 圖 5-19 EAMPI12QWc-m 各種逆偏下的折射係數變化量光譜. 51.
(67) 2. 0-4 volt. 1. 0. αL -1. -2. -3 15150. 15200. 15250. 15300. 15350. 15400. 15450. 15500. Wavelength (Å). 圖 5-20 EAMPI12QWc-m 的啾譜參數. 52. 15550.
(68) 第六章. 結論. 我們已經設計出了三種 1.5µm 波段的磊晶結構，分別為對稱式、 非對稱式 TE 極化量子井與極化不敏感量子井結構。由模擬的結果可 以看出對稱式與非對稱式多重量子井結構，當電場的變化由-40kV/cm 到-120kV/cm 時，其波長紅移量分別為 31nm 與 50nm；而極化不敏感 多重量子井結構的設計結果部分，則利用 Strained Quantum-well 的概 念，使得該結構在不同電場下對不同的極化光，卻有相同的躍遷能量 與吸收。 此三種結構透過本實驗室的分子束磊晶系統成長，並測量其電性 光學特性。光學量測包括了光激螢光光譜、光電流光譜及電制吸收光 譜，用以分析磊晶樣品的主動區躍遷波長、紅位移及啾譜特性。TE 極化量子井結構的部分－當外加偏壓由 0-1 volt 變化到 0-6 volt 時， 對稱式與非對稱式結構的紅移量分別約為 16nm 與 49nm，而其 e1-hh1 的躍遷波長附近只有很小的 ∆n 變化，因此該兩種結構的啾譜參數變 化量很小；不過此兩種結構的 e1-hh1 躍遷波長，並沒有落在 1.5µm 附 近，推斷可能是磊晶的化合物組成改變所致。而在極化不敏感量子井 結構的部分－主動區 PL 訊號波長為 1494nm；TE 極化與 TM 極化光 電流光譜則顯示出兩者有相近的躍遷波長，並且啾譜參數變化量也很 小。 我們已完成了三種電制吸收光調變器結構的量子井設計、模擬、 磊晶成長和光學、電性量測。由 PL 光譜發現我們的主動區躍遷波長， 並沒有與當初所設計的波長相同，可能是磊晶成長的時候，化合物的 組成控制不好所致，相信未來只要更精準的控制好磊晶的品質，便可 以有更佳的特性表現。 53.
(69) 參考文獻. [1] John E. Johnson, Leonard J.-P Ketelsen, David A. Ackerman, Liming Zhang, et al., “Fully Stabilized Electroabsorption-Modulated Tunable. DBR. Laser. Transmitter. for. Long-Haul. Optical. Communications,” Quantum Electronics, Vol. 7, NO. 2, pp. 168-177, March 2001 [2] M.G. Young, U. Koren, B.I. Miller, M. Chien, T.L. Koch, D.M. Tennant, K. Dreyer and G. Raybon, “Six wavelength laser array with integrated amplifier and modulator,” Electronics Letters, Vol. 31, No. 21, pp. 1835 -1836, Oct. 1995. [3] K.Tanaka, N.Kotera, H Nakamura, “Quantum confined Stark effects of. heavy-hole. confined. states. in. In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As. multiquantum well structure using photocurrent spectroscopy,” Electronics Letters, Vol. 34, No. 22 , pp. 2163 -2164, Oct. 1998. [4] Y.. Chen,. J.E.. Zucker,. N.J.. “Polarization-Independent. Sauer,. and. Strained. T.Y.. Chang,. InGaAs/InGaAlAs. Quantum-Well Phase Modulators,” IEEE Technology Photonics Letters, Vol. 4, No. 10, pp. 1120-1123, Oct. 1992. [5] H.Q. Hou, T.Y. Chang, “Nearly Chirp-Free Electroabsorption Modulation Using InGaAs-InGaAlAs-InAlAs Coupled Quantum Wells,” IEEE Technology Photonics Letters, Vol. 7, No. 2, pp. 167-169, Feb. 1995. [6] T.S. Lay, H.P. Fan, H.T. Hsu, and T.Y. Chang, “NEARLY CHIRP-FREE ELECTROABSORPTION MODULATION OF AN InGaAsP. ASYMMETRIC. STRUCTURE,”. Indium. Phosphide 54. MULTI-QUANTUM-WELL and. Related. Materials.
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(71) 附錄 A. MBE 自動化系統方塊圖. 56.
(72) MBE 自動化系統轉換電路圖. 電壓位準轉換電路 PLC Digital Voltage Output. Power Supply 12 V. 2.48K. Shutter Controller Input. COM. 0. 0. 1. 1. 7. 7. 電壓/電流轉換電路 PID Controller Voltage Input (0~5V). PLC Analog Current Output. Ga(1). Ga(1). Ga(2). Ga(2). 57.
(73) 使用流程 1. 啟 動 連 線 軟 體 c:\program file\rockwell software\rslogix 500 english\rs500.com 2. 當執行 rs500 後，由其視窗中選擇[File]下拉式選單，選擇 running 的 PLC 控制程式（圖 A-1），最後從[offline] 下拉式選單中， 選擇 Go online（圖 A-2） ，則電腦與 PLC 取得連線，並可以控制 PLC 圖 A-1. （圖 A-2）. 58.
(74) 3. 將 effusion cell 的 power supply 選擇在 external 與 remote mode 4. 啟動[溫控表單] d:\worksheet\溫控表單；若要升溫時選擇 warm up 1 工作表單（Al 由 750℃∼磊晶溫度；其他 cell 由 350℃∼磊晶 溫度） 5. 等升溫完畢後，若要使用 shutter 時，將 shutter controller 的 remote 功能啟動，並將 d:\worksheet\表單\Growth control 開啟，編輯其磊 晶時間，磊晶成分及溫度. 59.
(75) 附錄 B. 0.40. Depletion Width Cp. 0.38. Capacitance (pF). 25 24. 0.36. 23 0.34 22 0.32. 21 20. Depletion Width (µm). 26. 0.30. 19 0.28 -6. -5. -4. -3. -2. -1. 0. Voltage (V). 圖 B-1 TE 極化對稱式量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 5 4 3. Current (µA). 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6. -4. -2. 0. 2. Voltage (V). 圖 B-2 TE 極化對稱式量子井結構 I-V 特性曲線圖. 60.
(76) 0.34. 0.32. Depletion width Cp. 28. 0.30 26 0.28 24 0.26. Depletion width (µm). Capacitance (pF). 30. 22 0.24 20 -6. -5. -4. -3. -2. -1. 0. Voltage (V). 圖 B-3 TE 極化非對稱式量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 4. Current (µA). 2. 0. -2. -4. -6. -4. -2. 0. 2. Voltage (V). 圖 B-4 TE 極化非對稱式量子井結構 I-V 特性曲線圖. 61.
(77) 40. 0.28. Capacitance (pF). 0.26 36. Depletion width. 34. 0.24. Cp. 32. 0.22. 30. Depletion width (µm). 38. 0.20 28 0.18. 26 -6. -5. -4. -3. -2. -1. 0. Voltage (V). 圖 B-5 極化不敏感量子井結構 C-V 與 D-V 特性曲線圖. 4. Current (µA). 2. 0. -2. -4. -6. -4. -2. 0. 2. Voltage (V). 圖 B-6 極化不敏感量子井結構 I-V 特性曲線圖. 62.
(78)
數據
![圖 2-3 光電流光譜圖 2-3 極化不敏感 在許多的多重式量子井結構中，極化方向不敏感[9]的能力是很 重要的。尤其是當光纖受到環境外力改變特性時，極化的方向可能是 隨機分佈；因此必須設計出極化方向不敏感的結構，使得入射光不管 是 TE 或 TM 極化光而不會有吸收或躍遷的差異。 在未受應變的量子井中，由於重電洞與輕電洞的質量不同，使得 重電洞的躍遷能量小於輕電洞；一般 TE 極化光主要會產生 e1 與 hh1 的躍遷， TM 光則會產生 e1 與 lh1 的躍遷，如（2-2）式；其中 α HH](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/8893253.256088/21.892.191.708.124.549/光電流不敏感在許多式量子井結構在未由於重電洞與重電洞洞一般.webp)
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