วิวัฒนาการของการเกิดอินเดียมอาร์เซไนด์ควอนตัมดอตที่ปลูกบนแผ่นฐานลายตาราง

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอวิวัฒนาการของการเกิด InAs ควอนตัมดอตบนแผ่นฐานลายตาราง InGaAs ซึ่งเริ่มมาจากการสังเกตุการณ์การเกิดควอนตัมดอตบนแผ่นฐานลายตาราง พบว่ากลุ่มของควอนตัมดอต ในแต่ละตำแหน่งมีช่วงความสูงที่แตกต่างกัน จากการทำ Image thresholding ของชิ้นงานดังกล่าว ได้แบ่งควอนตัมดอตบนผิวหน้าออกได้เป็น 4 กลุ่ม เรียงตามความสูงจากมากไปน้อยได้แก่ กลุ่มควอนตัมดอตที่จุดตัดของลายตาราง กลุ่มควอนตัมดอตบนแนวเส้นลายตารางที่ขนานกับทิศ [1-10] ตามด้วยทิศ [110] และกลุ่มสุดท้ายคือกลุ่มควอนตัมดอตบนพื้นเรียบที่ไม่มีลายตาราง จึงได้ตั้งสมมติฐานว่าควอนตัมดอตทั้ง 4 กลุ่มนี้มีลำดับการเกิดก่อนหลังตามความสูงที่จัดกลุ่มไว้ โดยกลุ่มที่สูงกว่าก่อตัวขึ้นก่อน เพื่อพิสูจน์ข้อสมมติฐานข้างต้น คุณสมบัติของชั้นลายตารางจึงถูกปรับทั้งสัดส่วน In ใน InGaAs และความหนาของชั้นลายตาราง และได้ผลว่า เมื่อสัดส่วนของ In และความหนาของชั้น InGaAs ลดลงจะทำให้ความหนาแน่นเชิงเส้นของลายตารางลดลงทั้งแนว [1-10] และ [110] เนื่องจากทั้งสองวิธีมีผลในการลดความเครียดภายในชั้นลายตาราง ซึ่งความเครียดนี้ส่งผลต่อการเกิด Dislocation เมื่อทำการปลูกควอนตัมดอตทับบนลายตาราง ควอนตัมดอตจะเรียงตัวตามเส้น Dislocations ที่เกิดขึ้นนี้ การทดลองอีกชุดหนึ่งคือการปรับปริมาณ InAs ในชั้นควอนตัมดอต โดยเปลี่ยนค่าเป็น 0.8, 0.76 และ 0.72 ML ขณะที่มีมอเตอร์หมุนแผ่นฐาน หรือทำการปลูกโดยหยุดมอเตอร์ที่หมุนแผ่นฐานและปลูกด้วยความหนาเทียบเท่า 0.8 ML ทั้งสองวิธีที่กล่าวมาให้ผลเชิงคุณภาพเช่นเดียวกันซึ่งสามารถพิสูจน์ว่าวิวัฒนาการของการเกิด InAs ควอนตัมดอตบนแผ่นฐานลายตาราง InGaAs เริ่มต้นจากการก่อตัวของควอนตัมดอตบน Threading dislocation (TD) ตามด้วยการก่อตัวที่จุดตัดของเส้นลายตาราง ตามด้วยการก่อตัวตามแนว Misfit dislocation (MD) ในทิศ [1-10] ตามด้วยตามแนว MD ในทิศ [110] และตามด้วยการก่อตัวบนพื้นเรียบ หลักการพื้นฐานที่ใช้อธิบายลำดับการก่อตัวดังกล่าวคือ การกระจายตัวอย่างไม่สมมาตรของความเครียด รอบๆเส้น Dislocation ซึ่งแสดงให้เห็นด้วยการจำลอง