砷化銦量子點之材料特性及雷射行為

Abstract

本論文的目的在研究自組式量子點的成長，結構特性以及半導體雷射二極體的應用。我們針對三個主要課題進行研究 : (1)利用離子通道量测技術來探測砷化銦量子點的應變分佈(2)研究量子點雷射波長切換的行為(3)量子點在質變形緩衝層基板上的生長行為。 在離子通道技術中，若使用較輕的離子(氫)當作離子源來研究自組式砷化銦量子點的應變，會受限它超薄的厚度而無法獲得清楚的資訊。在我們的研究,我們使用了較重的離子(碳)為離子源，所以應變的資訊可以被獲得。我們的結果顯示砷化銦量子點和砷化鎵基板的晶格在垂直成長方向是相同的。砷化銦在成長方向的晶格則大於砷化鎵基板子此一方向的晶格。在我們的研究中也分析退火處理後的量子點應變變化。結果顯示應變鬆弛先發生在成長方向接發生在垂直成長方向。 從光譜的顯示，砷化銦量子點雷射會存在基態和激發態兩個雷射波長的光，如何使單一量子點雷射在這兩個雷射能譜之間切換，對進一步量子點雷射的應用有莫大的幫助。因此我們也研究基態和激發態兩個雷射波長的光相互切換的行為，在此研究分成兩個部份，其一研究單一共振腔在不同雷射光能譜之間切換行為，另外我們也利用雙共振腔來達成不同雷射光能譜之間切換行為。在單一共振腔量子點雷射，我們發現改變不同的電流，共振腔長度以及操作溫度都可以讓雷射在不同雷射光能譜之間進行切換。若使用雙共振腔雷射則可以使量子點雷射快速在這兩雷射波長之間切換。 本研究最後一部分是探討砷化銦量子點生長在質變形緩衝層基板上的生長行為，當砷化銦量子點長在質變形緩衝層基板上，有一最大的優點是可以讓砷化銦量子點發出更長波長的光，對進一步將砷化銦量子點雷射應用在光通訊上非常有用。由於質變形緩衝層基板內的殘存應變會影響量子點的生長行為，而此一研究主題仍未被探討，因此我們就針對此一主題做了有系統的研究。結果發現，量子點會選擇性的生長在某些區域。這種選擇性的生長來自於應變不均於分佈在質變形緩衝層基板。