砷化鎵/砷化鋁鎵分子束磊晶成長及其在多重量子井紅外線偵測器之應用

Abstract

本論文目的在研究如何以分子束磊晶在低溫成長高純度的砷化鎵，砷化鋁鎵，以及 這些材料在量子井紅外線偵測器之應用。 首先基於材料的光致激發光譜與分子束磊晶系統生長環境的關連性，我們歸納出影 響磊晶層品質的主要因素，並成長異質接面雷射驗証低溫成長的砷化鋁鎵與高溫成 長的砷化鋁鎵具有相同的品質。我們在砷化鋁鎵內注入少量的銦，用以減少磊晶層 內的缺陷，明顯的改進砷化鋁鎵的品質，由光致激發光譜觀察到自由激子，證明我 們已長出目前最好品質的砷化鋁鎵。我們也在雙樟壁共振穿透結構中注入適量的銦 ，驗証銦對元件特性有正面影響。 砷化鋁鎵在過去十餘年被廣泛應用，但是幾種常被用以分析鋁在砷化鋁鎵含量的方 法都不精確，我們以高解析度電子顯微鏡，輔以高能量電子繞射，光致激發光譜以 及X-ray 雙晶繞射，定出精確分析鋁含量的方法。 二次成長是分子束磊晶技術重要一環，砷化銦薄膜常被用以保護二次成長前之磊晶 層。本論文中我們研究了砷化銦保護膜對砷化鋁鎵及量子井材質之影響。 在材料應用方面，我們研製了紅外線偵測器，對於這種元件操作機制作了整體性討 論，同時我們也研製了單一波段及雙波段的紅外線偵測器。此外，我們提出雙週期 光柵的新概念，以擴大量子井紅外線偵測器的反應頻寬。