砷化銦自聚式量子點內應力鬆弛效應與材料交互混合產生的電性缺陷的影響(I)

Abstract

在大都會區網路(MAN)，使用砷化銦量子點或氮化銦砷鎵量子井 之1300 奈米波長高調變垂直腔面射型雷射已經吸引相當大的注意在 於它有前景的應用。我們已成功製造出1300 奈米波長的氮化銦砷鎵 ／砷化鎵量子井雷射。然而，這些元件卻遭遇到一連串的不穩定及可 靠度低，歸因於晶格不匹配、材料交互混合及第三族元素分離等等的 問題。應用於1550 奈米波長雷射的晶格不匹配問題甚至於更加嚴 重。目前為止我們尚不能很詳盡的瞭解這些元件特性問題上的效應。 為了成長高品質的元件，瞭解這些效應是很重要的。在此計畫中，我 們將專注在分子束磊晶成長之自聚式砷化鎵量子點。量子點和砷化鎵 位障交面的局部應變會影響量子點構造的電子能帶。在先前的研究中 我們發現，當鬆弛發生時，量子點的放射由紅移轉到藍移。藉由建立 錯位差排，應變會鬆弛。我們已經很明確的確定在約0.55eV 處的一 個缺陷態，它和砷化鎵塊材層的錯位差排有關，然而錯位差排並不會 產生藍移，此藍移的詳細源由尚不知。應變鬆弛會影響量子點的性 質，諸如材料交互混合、三族原子分離，甚至於改變電子能帶結構。 先前的研究中我們發現在量子點上覆蓋砷化銦鎵層，鬆弛可被控制只有在底層之砷化銦／砷化鎵交接面處發生。因此，在接下來的三年計 畫，我們打算繼續這個課題探索不同構造，開始研習應變鬆弛。量子 點結構上，光性及電性上的應變鬆弛效應，我們可藉由光激發螢光、 電容─電壓、深層能階暫暫態及導納分析儀來研究。 文獻指出巨觀上錯位產生缺陷諸如在磷化銦／砷化銦鎵系統中 的差排在高濃度下不會產生電性上有作用的缺陷。因此，在沒有產生 如此多有害的效應下，在磊晶層成長一個較長發射波長且高品質的量 子點構造是可能的。擴展這個研究至砷化銦量子點是非常有趣的。因 此，在這個計畫中，我們也將研習錯位引發的差排產生在電性上有作 用的缺陷的效應。為了要探索成長長發射波長量子點元件的可能性， 瞭解錯位缺陷的影響是很重要的。 在先前的研究中，我們發現鬆弛感應了兩個主要的缺陷態，一個 在砷化鎵頂端約0.55eV，另一個在量子點週遭約0.35eV。我們不知 道在0.35eV 陷阱的緣由。既然這個陷阱非常靠近量子點，明顯地可 預期它會影響量子點的特質。瞭解它的緣由及它對元件的效應是非常 重要的。基於此觀點，我們有強烈的直覺它和鎵的空缺或複合有關。 無論如何，為了獲得更確定性的論點，更多的實驗證據是需要的，在 此計畫中，我們也將研究此缺陷的緣由。