銻化物基材之量子結構及元件

Abstract

近年來，半導體奈米結構及量子元件儼然已成為一個主要的研究課題，分子束磊晶 系統中已經可已成長出各式各樣化的自組式奈米結構，基於其完美之磊晶界面，可使得 物理研究及元件應用上得到良好的成果，然而過去這些元件大部分是使用砷及磷的三五 族化合物半導體結構，此種結構皆屬於第一類異質界面結構，也就是電子及電洞都被侷 限於量子結構中。但是另一種五族元素—銻，因為其晶格常數較一般常見之砷化鎵及磷 化銦基板來的大，所以過去較少被使用於三五族化合物半導體中。 銻化合物半導體具有較大的能隙變化範圍，因此使得它在長波長的光電元件應用中 具有重要的地位，其中銻化銦則具有目前已知之化合物半導體中最大的電子遷移率。此 種元素除了具有較大之能隙變化範圍外，它與其他化合物半導體（如：砷化鎵、磷化銦） 的異質界面，則屬於第二類或是第三類異質界面結構，此種特殊之異質界面可以變化出 很多有趣的物理研究及元件應用，且此種特性僅見於銻元素的化合物半導體中。 在我們的計畫中，我們計畫成長銻化鎵及銻化銦奈米結構於砷化鎵基板上，並研究 其光學及電子遷移特性。在此種第二類異質界面結構之量子點中，電洞是被侷限於價帶 之量子結構中，而電子則是因為電洞之庫倫作用力而分佈於此奈米結構周圍。我們近期 的研究中發現，在此種小尺寸的量子結構中，其依然具有良好的光響應強度，如此我們 便可以將此奈米結構應用於元件中。另外，我們實驗室也架設了一套低溫強磁場的量測 設備，如此可使我們更深入的瞭解此奈米結構的特性。 此外，銻元素也是一種良好的界面活性劑，可以使得我們磊晶的結構表面維持平 坦，且維持良好之磊晶品質，我們將利用此特性成長高應力的砷化銦鎵磊晶層，使得發 光波長可以達到2um。 多年來，本實驗室對於奈米結構及量子元件的研究有著深厚的基礎，且對於分子束 磊晶中銻材料的使用大約有一年之久，對於銻化合物磊晶技術的掌握也已成熟，並對於 此種第二類異質界面結構的特性也有諸多的瞭解，因此可以掌握此材料的特性並設計新 的元件結構。若能得到此計畫的支持，我們將可以對於銻化合物的奈米結構及量子元件 有更深入的研究。