深層能階對覆蓋InAlAs層之InAs量子點的光電容特性分析

Abstract

本論文主要是在討論在成長2.4ML(monolayer, ML)的InAs/GaAa的量子點(quantum dots, QDs)上再覆蓋一層不同厚度In0.14AlAs (10 Å、20 Å、54 Å)的樣品。先透過光激發螢光(photoluminaieme,PL)量測，探討基本的光性，找出量子點的基態跟第一激發態放射訊號所在的能量位置。在電容-電壓量測(Capacitance - voltage measurement, C-V)時，若改變電壓的掃動速率，在高溫時發現一個遠慢於量子點躍遷速度的躍遷機制，推測為缺陷所造成的。從變溫的C-V分析中，缺陷電子受熱激發躍遷至傳導帶，由於在QDs表面有覆蓋層InAlAs/GaAs形成的位障，電子將難以跨越InAlAs位障而被侷限在QDs與表面間的top GaAs層，中和此區的正電荷形成 中性區(Neutral region)，造成空乏區回縮影響量測到的電容值。隨InAlAs層厚度增加，電容值會有更大的變化。在C-V量測時藉由改變電壓來回掃動的方向，亦可得到不一樣的C-V曲線，也就是所謂的電滯曲線(hysteresis loop)。藉由電滯曲線的量測亦可再度驗證缺陷載子躍遷的機制。再來，藉由能量0.9 eV ~ 1.56 eV的光電容發現在1.3 eV的能量會有最顯著的光電容抬升，推測為直接激發缺陷的能階造成的。從能量1.36 eV的LED為外加光源的的C-V分析中發現，在打光下，整個系統分成Schottky band (蕭基接面至InAlAs層的能帶結構)跟Quantum band (量子點附近的能帶結構)兩部分；當中性區形成時，降低了Schottky band的壓降，為了維持整個系統的電壓平衡，必須使Quantum band增加壓降，使費米能階調變到量子點內的載子，因此造成顯著的光電容抬升。此外，從能量1.03 eV和1.16 eV的LED為外加光源的C-V分析中，發現缺陷載子躍遷至量子點的可能性，並隨掃動偏壓速率的響應，也證明這樣的現象。藉由改變溫度、外加光源能量、掃動偏壓速率等條件，瞭解深層缺陷能階和InAlAs覆蓋層對InAs量子點光電特性的影響。