第三章 結果與討論
3.1 披覆銻砷化鎵層之第二型砷化銦量子點的光譜特性
3.1.5 不同能量的時間解析光譜
析光譜；而將圖形橫切後，由左而右隨著波長增加，螢光強度則會存在一 個峰值，此代表了某固定時間點的螢光譜線；因此，整體圖形由上而下代 表了在雷射激發後，螢光譜線隨著時間的變化情形，而若將整張圖由上而 下疊加起來則可以得到時間積分的光激螢光光譜，正如圖 3.1-10(a)中的灰 色圓圈。
圖 3.1-10：溫度 12K 時之(a)光激螢光光譜及載子生命期(b)不同能量的時間解析光譜(c) 各時間點的螢光光譜
圖 3.1-10(b)中的白色曲線描繪出了螢光峰值隨時間演進的變化情形。
由圖可以發現隨著時間增加，螢光峰值確實有紅移的現象：當雷射剛激發 完成時，螢光峰值約位於 1290 nm。經過 10 ns 後，峰值移到 1310 nm，而
在 60 ns 後，峰值則移到了 1340 nm。峰值除了隨時間紅移外，其紅移的量
載子位於較淺能障中時較容易逃離束縛，而若位於較深的能障中則傾向復
光的機率與載子逃離侷限態的機率正好相等，也因此在此能量量測到的載 子生命期將下降到輻射復合生命期的一半 𝜏𝑟𝑎𝑑2 。將數據擬合分析後可以得 到 x = 16%樣品的輻射復合生命期𝜏𝑟𝑎𝑑 ≈ 10.62 ± 0.16 𝑛𝑠。
為了進一步釐清載子的侷限效應，我們將量測溫度升高至 100K 並在相 同條件下再做一次不同能量的時間解析光譜(圖 3.1-12)。正如之前所預測的，
由於大部分電洞都已脫離侷限態的束縛，因此螢光光譜不再有隨時間演進 而紅移的現象，從雷射激發完成(0 ns)一直到經過 10 ns 時間後，基態峰值 皆位於 1290 nm 處；另外，在圖 3.1-12(c)中雖然可看到激發態的出現，但 非平衡載子效應所預測的螢光紅移現象並未出現，也證實了此實驗條件仍 在低激發的範圍內。
圖 3.1-12：溫度 100K 時之(a)光激螢光光譜及載子生命期(b)不同能量的時間解析光譜(c) 各時間點的螢光光譜
在此我們一樣分析了各發光波長的載子生命期，且將生命期與光激螢 光光譜畫於圖 3.1-12(a)。由圖可以發現，在通過整個基態發光帶時，載子 生命期並沒有明顯的變化。這與 12K 的結果差異很大，證明了當溫度上升 到 100K 後，樣品發光已不受電洞侷限的影響。而在高能量端，生命期受到 激發態的影響而稍稍下降，因此藉由擷取低能量端的數據，我們得到基態 發光的輻射復合生命期𝜏𝑟𝑎𝑑 ≈ 3.63 ± 0.01 𝑛𝑠。
綜合以上改變溫度及能量的時間解析光譜分析，我們歸納出電洞侷限 對於第二型量子點發光特性的影響：(1)雙自然指數衰減曲線，(2)螢光譜線
隨時間演進而紅移，(3)通過發光帶時，載子生命期有劇烈的變化。因此， (rapid thermal annealing，RTA)；首先在樣品上方覆蓋 GaAs 基板，接著在氮 氣環境下進行高溫熱退火處理，退火溫度分別為 650、700、750、800、850 及 900°C 共六塊樣品。如圖 3.2-1 所示，退火程序如下：(A.)在兩分鐘內由 室溫升溫至 350°C，(B.)在 350°C 停留 20 秒，(C.)在 20 秒內升溫到欲退火 的溫度TA，(D.)在目標溫度停留 20 秒，(E.)關閉加熱器回到室溫。