論文使用權限 Thesis access permission：校內校外均不公開 not available
開放時間 Available：
校內 Campus：永不公開 not available
校外 Off-campus：永不公開 not available
博碩士論文 etd-0722105-145216 詳細資訊
Title page for etd-0722105-145216
論文名稱 Title |
濺鍍技術於半導體量子井混合製程之研究 Studies of Quantum Well Intermixing Process Using Sputter Technique |
||
系所名稱 Department |
|||
畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
||
學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
78 |
|
研究生 Author |
|||
指導教授 Advisor |
|||
召集委員 Convenor |
|||
口試委員 Advisory Committee |
|||
口試日期 Date of Exam |
2005-06-22 |
繳交日期 Date of Submission |
2005-07-22 |
關鍵字 Keywords |
濺鍍、量子井混合 Sputter, Quantum Well Intermixing |
||
統計 Statistics |
本論文已被瀏覽 5653 次，被下載 0 次 The thesis/dissertation has been browsed 5653 times, has been downloaded 0 times. |
中文摘要 |
本論文主旨在於架設一整套濺鍍系統，包括濺鍍槍(sputter gun)、射頻功率供應 器(RF power supply)、射頻功率控制器(RF power controller)、渦輪泵 (turbopump)、快取門(quick access door)及相關的水路、氣路、電路等，並利 用濺鍍技術於半導體量子井混合(QWI)製程。 我們利用本實驗室的分子束磊晶系統自行成長多重量子井p-i-n結構的試片，經由 濺鍍系統調變壓力、氣體、RF功率的各種情況下，先在試片表面濺鍍一層二氧化 矽，再經由快速回火製程(RTP)進行高溫回火，回火溫度約650℃至750℃。之後利 用光激螢光光譜量測系統量測室溫下PL光譜，研究分析試片經過QWI製程後波長藍 移和強度的變化。 在我們辛苦地努力下，已成功地解決濺鍍系統諸多問題。在半導體量子井混合實 驗方面，經由反覆實驗，可分為兩部分陳述如下： 在強度部分：RF功率用100W、濺鍍時間5分鐘、回火溫度675℃、回火時間30秒時 PL訊號增強強度達到最大值。 在波長藍移部分：無明顯藍移發生。 |
Abstract |
In this thesis, we have set up a SiO2 sputter system. The system includes sputter gun, RF power supply, RF power controller, turbo pump, quick access door, cooling water tubes, gas lines, electric circuits etc. We applied sputter techniques for quantum well intermixing (QWI) process. We can adjust the pressure, gas, RF power etc. of the sputter system to fit the best QWI conditions and then sputter a SiO2 film on the samples. The samples with multiple quantum wells were grown by our team members using molecular beam epitaxy system. After SiO2 film deposition, the samples were annealed by Rapid Thermal Process. The annealing temperatures are about 650℃-750℃. Following the thermal annealing, room-temperature PL measurements were used to study the blue shift and intensity change after QWI process. After our hard working, we had fixed many problems of sputter system. We have obtained useful data through many QWI experiments. Our results are listed as follows : PL intensity : We use RF power = 100W, sputter time = 5 min., annealing temperature = 675℃, annealing time = 30 sec. PL intensity has been enhanced by 25 times. Blue shift : there is no clear blue shift. |
目次 Table of Contents |
第一章 簡介 ……………………………………………………………1 1-1 前言 ………………………………………………………1 1-2 大綱 ………………………………………………………4 第二章 實驗原理 ………………………………………………………5 2-1 量子井混合原理 …………………………………………5 2-2 光激螢光原理 ……………………………………………8 2-3 載子躍遷機制……………………………………………10 第三章 濺鍍系統及其架設……………………………………………11 3-1 架設動機…………………………………………………11 3-2 濺鍍系統介紹……………………………………………11 第四章 光激螢光系統…………………………………………………16 第五章 實驗策略………………………………………………………19 第六章 製程步驟………………………………………………………24 6-1 量測注意事項……………………………………………24 6-2 量子井磊晶層結構………………………………………24 6-3 量子井混合製作流程……………………………………27 第七章 結果與分析……………………………………………………30 第八章 結論……………………………………………………………57 參考文獻 ………………………………………………………………58 附錄A……………………………………………………………………61 圖目錄 第一章 簡介 圖1-1 在一塊基板上將三種不同能隙之元件整合在一起…………2 第二章 實驗原理 圖2-1 (a)量子井混合前原子排列示意圖 …………………………5 (b)量子井混合後原子排列示意圖 …………………………5 圖2-2 量子井混合前後能帶結構示意圖……………………………6 圖2-3 載子躍遷之三種機制 (a) hν > Eg (b) hν = Eg (c) hν < Eg1……………10 第三章 濺鍍系統及其架設 圖3-1 (a)濺鍍系統…………………………………………………12 (b)濺鍍系統…………………………………………………13 (c)濺鍍系統…………………………………………………13 圖3-2 濺鍍系統示意圖 ……………………………………………14 第四章 光激螢光系統 圖4-1 光激螢光量測系統架構圖 …………………………………18 第五章 實驗策略 圖5-1 回火溫度60秒 ………………………………………………20 圖5-2 回火溫度30秒 ………………………………………………21 圖5-3 回火溫度60秒 ………………………………………………22 圖5-4 在樣品上用PECVD沈積不同厚度的SiO2……………………23 第六章 製程步驟 圖6-1 量子井混合製程步驟的示意圖 ……………………………29 第七章 結果與分析 圖7-1 C071在650℃下用forming gas回火1分鐘…………………31 圖7-2 C071在700℃下用forming gas回火1分鐘…………………31 圖7-3 C071在750℃下用forming gas回火1分鐘…………………32 圖7-4 C071在不同溫度下用forming gas回火1分鐘 ……………32 圖7-5 C071在650℃下用forming gas回火1分鐘…………………33 圖7-6 C071在700℃下用forming gas回火1分鐘…………………33 圖7-7 C071在750℃下用forming gas回火1分鐘…………………34 圖7-8 C071在不同溫度下用forming gas回火1分鐘 ……………34 圖7-9 C071在700℃下用N2回火30秒..……………………………36 圖7-10 C071在700℃下用forming gas回火1分鐘…………………36 圖7-11 C071在700℃下用N2回火1分鐘 ……………………………37 圖7-12 C071在700℃、真空下回火1分鐘 …………………………37 圖7-13 C071在700℃、不同氣體和不同時間下回火………………38 圖7-14 C071在650℃用N2回火30秒…………………………………40 圖7-15 C071在675℃用N2回火30秒…………………………………40 圖7-16 C071在700℃用N2回火30秒…………………………………41 圖7-17 C071在濺鍍後不回火 ………………………………………41 圖7-18 C071在不同溫度下用N2回火30秒 …………………………42 圖7-19 C071在650℃下用N2回火30秒………………………………44 圖7-20 C071在675℃下用N2回火30秒………………………………44 圖7-21 C071在700℃下用N2回火30秒………………………………45 圖7-22 C071只濺鍍不回火 …………………………………………45 圖7-23 C071在不同溫度下用N2回火30秒 …………………………46 圖7-24 C072只濺鍍不回火 …………………………………………46 圖7-25 C072在650℃下用N2回火30秒………………………………47 圖7-26 C072在675℃下用N2回火30秒………………………………47 圖7-27 C072在700℃下用N2回火30秒………………………………48 圖7-28 C072在不同溫度下用N2回火30秒 …………………………48 圖7-29 C072用GaAs-sample方式回火675℃ ………………………51 圖7-30 C072用GaAs-sample+ring-GaAs方式回火675℃ …………51 圖7-31 C072用GaAs-sample-GaAs方式回火675℃…………………52 圖7-32 C072用不同sandwich方式回火675℃………………………52 圖7-33 C071用GaAs-sample方式回火675℃ ………………………53 圖7-34 C071用GaAs-sample-GaAs方式回火675℃…………………53 圖7-35 C071用不同sandwich方式回火675℃………………………54 圖7-36 C116用glass-sample-GaAs方式回火750℃ ………………54 圖7-37 C116只濺鍍不回火 …………………………………………55 圖7-38 C116用特殊方式回火675℃…………………………………55 圖7-39 C116用特殊方式回火675℃…………………………………56 附錄A 圖 A-1 自行設計的特殊遮罩 ………………………………………61 圖 A-2 利用特殊遮罩經濺鍍後所得出之圖案 ……………………62 表目錄 第三章 量測方法與製程步驟 表3-1 濺鍍系統之設備及功能一表 ………………………………15 第四章 光激螢光系統 表4-1 光激螢光光系統之元件及功能一覽表 ……………………16 第六章 製程步驟 表6-1a 多重量子井C071、C072磊晶結構表 ………………………25 表6-1b 多重量子井C116磊晶結構表 ………………………………26 附錄A 表A-1 17分37秒 ……………………………………………………63 表A-2 30分14秒 ……………………………………………………63 |
參考文獻 References |
[1] Sylvain Charbonneau, Emil S. Koteles, P. J. Poole, J. J. He, G. C. Aers, J. Haysom, M. Buchanan, Y. Feng, A. Delage, F. Yang, M. Davies, R. D. Goldberg, P. G. Piva, and I. V. Mitchell, “Photonic Integrated Circuits Fabricated Using Ion Implantation, ” IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.4, pp.772-793, 1998. [2] D. Leong, H.S. Djie and P. Dowd, “A new Quantum Well Intermixing Technique Using Inductively-Coupled Argon Plasma on InGaAs/InGaAsP Laser Structures, “IEEE, pp.319-322, 2002. [3] Hery Susanto Djie, Ting Mei, Arokiaraj and Periyasamy Thilakan, “High-Density Plasma Enhanced Quantum Well Intermixing in InGaAs-InGaAsP Structures Using Argon Plasma, ” Jpn. J. Appl. Phys.,Vol 41, pp.L867-L869, 2002. [4] H.S. Djie, C. Sookdhis, T Mei and J. Arokiaraj, “Photonic integration Using Inductively Coupled Argon Plasma Enhanced Quantum Well Intermixing , ”Electronics Letters, Vol. 38, pp.1672-1673, 2002. [5] H.S. Djie, T. Mei and J. Arokiaraj“Photoluminescscence enhancement by inductively coupled argon plasma exposure for quantum-well intermixing , ”Appl. Phys. Lett., Vol. 83, pp.60-62, 2003. [6] T. Mei, H.S. Djie, C. Sookdhis and J. Arokiaraj, “Low-loss waveguide fabrication using inductively-coupled argon plasma enhanced quantum well intermixing in InP quantum well sample, ” IEEE, pp.311-314, 2002. [7] H.S. Djie, J. Arokiaraj, T. Mei, X. H. Tang, L. K. Ang and D. Leong, “Large blueshift in InGaAs/InGaAsP laser structures using inductively coupled argon plasma enhanced quantum well intermixing, ”J. Vac. Sci. Technol., Vol. 21, L1-L4 , pp.319-322, 2003. [8] H. S. Djie,T. Mei, J. Arokiaraj, C. Sookdhis, S. F. Yu, L. K. Ang, and X. H. Tang, “Experimental and Theoretical Analysis of Argon Plasma-Enhanced Quantum-Well Intermixing, ” IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 40, pp.166-174, 2004. [9] John Marsh, “Intermixing Drives Photonic Integration,” Compound Semiconductor, pp.63-67, 2001. [10] Paul H. Holloway, Gary E. McGuire, Handbook of Compound Semiconductors, pp.678-704, Noyes Publications, New Jersey. [11] E. Fred Schubert, Doping in III-V Semiconductors, pp.508-531, Press Syndicate of the University of Cambridge, Cambridge, 1993. [12] Pallab Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, 2nd ed., pp.102-107, Prentice Hall, New Jersey, 1997. [13] O. P. Kowalski, C. J. Hamilton, S. D. McDougall, J. H. Marsh, and A. C. Bryce, “A Universal Damage Induced for Quantum Well Intermixing, ”Applied Physics Letters, vol. 72, No. 5, pp.581-583, 1998. [14] Stewart D. McDougall, Olek P. Kowalski, Craig J. Hamilton, Fernando Camacho, and Bocang Qiu, “Monolithic Integration via a Universal Damage Enhanced Quantum-Well Intermixing Technique,” IEEE journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 7, No. 4, pp.636-646, 1998. [15] Franck Robert, A. Catrina Bryce, John H. Marsh, Anthony J. Spring Thorpe, and J. Kenton White, “Passive Mode Locking of InAlGaAs 1.3-μm Strained Quantum Wells Extended Cavity Laser Fabricated by Quantum-Well Intermixing” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 16, No. 2, pp.374-376, 2004. [16] Ridge K. Bubke, M. Sorel, F. Robert, A. C. Bryce, I. M. Arnold, I. H. Marsh, "Loss measurements in intermixed InGaAs/AIGaInAs Multiple-Quantum-Well”, Waveguides, WFOPC 2002 - Workshop on Fibre and Optical Passive Components, Glasgow, Scotland, 5-6 lune 2002. [17] B.C. Qiu, X.F. Liu, O.P. Kowalski, A.C. Bryce, J.H. Marsh, “Precise Control of Blue-shift of the Wavelength in InGaAs-InGaAsP Multiple Quantum-Wells Using a Sputtered SiO2 Technique, ” IEEE, pp.309-310, 1999. [c1] 施郡繡 “半導體量子結構光學特性之研究” 國立中山大學光電工程研究所 [c2] 龔國閔 “氮砷化銦鎵半導體光放大器及量子井混合之研製” 國立中山大學光電工程研究所 [c3] 汪建民，材料分析(Materials Analysis)，pp.237-257，中國材料科學學會，新竹市，民國八十七年。 [c4] 樊祥彬 “半導體量子井結構光電流及電制吸收光譜之研究” 國立中山大學光電工程研究所 [c5] 沈柏平 “氮砷化銦鎵半導體量子井光譜之研究” 國立中山大學光電工程研究所 |
電子全文 Fulltext |
本電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。 您的 IP(校外) 位址是 18.116.63.236 論文開放下載的時間是 校外不公開 Your IP address is 18.116.63.236 This thesis will be available to you on Indicate off-campus access is not available. |
紙本論文 Printed copies |
紙本論文的公開資訊在102學年度以後相對較為完整。如果需要查詢101學年度以前的紙本論文公開資訊，請聯繫圖資處紙本論文服務櫃台。如有不便之處敬請見諒。 開放時間 available 已公開 available |
QR Code |
國立中山大學 圖書與資訊處 │ 諮詢服務：2452 論文審查小組 │ 服務信箱 │ 系統開發維運：圖資處知識創新組
Office of Library and Information Services, National Sun Yat-sen University │ Contact Us : 2452 Thesis Format Review Team , Mail │ Development and operations : Knowledge Innovation Division, LIS