微米光激發螢光結果

我們嘗試了數種量子點層不同砷化銦厚度的試片，相同及相異處如【表 五-一】所示，光激發螢光皆於低溫77K下使用微米光激發螢光系統測量。

樣品編號 基板類型 保護層類型 量子點層砷化銦厚度 長晶時旋轉 Rn0531 n+ GaAs As+GaAs 2.0ML 有 Rn0563 n+ GaAs As+GaAs 1.8ML 無 Rn0564 S.I. GaAs GaAs 1.7ML 無 Rn0589 n+ GaAs As+GaAs 1.5ML 無

表 五-一 樣品基本資料表

第一項 Rn0531

參考【圖 五-四】，我們選取了數點的光激發螢光，點 P1 聚焦於含應力層之 小平台上，點 P2 聚焦於靠近小平台但不含應力層的區域，P3 聚焦於遠離濕式蝕 刻區域含應力層的非製程區（P1 與 P2 為濕式蝕刻製程區）；由圖中可以辨別出 在波長830nm為砷化鎵塊材訊號，而波長930nm區有可能為量子點訊號，其強度 較砷化鎵塊材訊號為弱。之所以無法判定930nm是否為量子點訊號的原因在於聚 焦於點 P1 與 P2 的訊號差異不大，有可能量子點層砷化銦含量過多，使得有無 應力層的區域皆有量子點形成；且氬雷射線聚焦點比應力平台面積為大，聚焦點 內約百分之九十以上為非平台區域，大部分收光來自於非平台區，因此無法判定

nm

930 訊號是否為量子點的訊號。

比較有無接近濕式蝕刻對於 PL 的影響，可看出濕式蝕刻後，砷化鎵塊材訊 號強度變弱，而930nm半高寬則有明顯變寬之趨勢。

圖 五-四 Rn0531 光激發螢光圖

第二項 Rn0563

參考【圖 五-五】，此片試片與上片試片 Rn0531 的差別僅在於量子點層砷化 銦的含量，Rn0531 為2.0ML，而 Rn0563 為1.8ML；為了能夠得到更大的量子點 層砷化銦含量分佈，我們在成長量子點層砷化銦時沒有將試片載具旋轉，因此砷 化銦含量在試片表面上有一分佈，靠近銦來源的區域砷化銦較多，而遠離銦來源 的區域砷化銦較少，在一公分的長度差距下約有百分之十的銦含量差異。

如圖所示，我們選擇了幾個含有應力影響區域的光激發螢光，【圖 五-五-A】

為包含砷化鎵塊材訊號的 PL 圖，可看出此試片之塊材訊號遠大於930nm附近的 訊號；【圖 五-五-B】為針對930nm附近的訊號選取不同位置的 PL 圖，雖然量子 點層砷化銦有一分佈，但因為點 P0 與 P3 的距離不到一公分，且聚焦時沒有最 佳化其發光強度，因此 PL 圖形無法看出此量子點層砷化銦的分佈趨勢。【圖 五-五-C】為點 P1 之變功率 PL 圖，930nm訊號在高功率下較明顯。

P3. Non-Process Far from process P1

P2. No Mesa (Near process)

P1. Mesa

P3

P2

圖 五-五 Rn0563 光激發螢光圖

第三項 Rn0564

參考【圖 五-六】，此試片與 Rn0563 之差異為量子點層砷化銦含量降為 ML

7 .

1 、基板種類換為 S.I.砷化鎵基板以及保護層由砷改為砷化鎵，並在濕式蝕 刻製程處理上多蝕刻數秒鐘。【圖 五-六-A】為選取不同位置之 PL 圖，與試片 Rn0563 一樣，在成長量子點層砷化銦時沒有旋轉試片，因此砷化銦有一分佈情 形，不過在測量 PL 時沒有對收光做最佳化，因此 PL 強度上並沒有辦法表現砷 化銦含量之分佈情形；【圖 五-六-B】則為點 P1 之變功率 PL 圖，一樣可知930nm 訊號在高功率下較明顯。

1.8ML InAs n+ GaAs Sub.

10x5mm

In. Cell

P0 P1 P2 P3

Change Power Change Position

A

B C

圖 五-六 Rn0564 光激發螢光圖

第四項 Rn0589

參考【圖 五-七】，此試片的量子點層砷化銦含量為1.5ML，基板為 n+砷化 鎵基板，由【圖 五-七-A】可以看出砷化鎵塊材訊號強度較930nm附近的訊號為 小，在長波段約1150nm附近也有一群訊號出現；而在變位置的 PL 中，對於量子 點層砷化銦含量的分佈似乎不是那麼明顯。

1.7ML InAs S.I. GaAs Sub.

In. Cell

P0 P1 P2 P3

Change Power Change Position

A B

圖 五-七 Rn0589 光激發螢光圖

綜觀上述四片試片，我們的目的在於利用局部應力層使量子點生長於應力層 影響之處，然而就微米光激發螢光系統之收光來說，由於應力影響之平台面積遠 較氬雷射線聚焦面積小，因此收光上會受到非平台處發光之影響，而此影響之發 光波段又落於量子點發光波段附近，因此使得我們無法確認所收到的訊號是否來 自於量子點發光波段。【圖 五-八】為 n+砷化鎵基板於低溫77K下使用光激發螢 光系統（【圖 二-三】）測量所得到的 PL 圖，由圖可見其發光波段約落於

1000nm

~

950 之間，與上面四片試片之發光波段靠近。

1.5ML InAs n+ GaAs Sub.

In. Cell

P0 P1 P2 P3

Change Power Change Position

A

B C

圖 五-八 n+ 砷化鎵基板光激發螢光圖

第六章 結論

對於單一層高密度砷化銦量子點的樣品，低溫下，我們發現了 PL 頻譜峰值 隨著光激發功率的『藍移現象』，此現象與量子點密度、量子點基態能階高低有 密切關係，密度越高、基態能階越高的量子點，『藍移現象』將越明顯。

根據不同溫度下 PL 頻譜半高寬的資料顯示，在實驗溫度（20K）下，電子 沒有足夠的動能躍遷過砷化鎵能障再落入量子點能階；而 PL 波峰位置對光激發 功率三分之一次方關係圖也顯示非線性，證明非 Type2 異質界面；又由不同光激 發功率的歸一化 PL 頻譜圖及半高寬圖顯示，光激發功率漸增時，由低基態能階 量子點發光轉為高基態能階的量子點發光；因此，我們合理推測此『藍移現象』

為電子在量子點內重新分佈的結果，因電子在量子點間重新分佈，由基態能階高 的量子點往基態能階低的量子點分佈，光激發功率漸增時，基態能階高的量子點 才被填滿。此現象造成輻射復合的過程中，不能再把量子點視為獨立的量子點。

而與溫度無關的穿隧效應可視為此電子重新分佈的主因。至於單一層相對低密度 砷化銦量子點樣品，我們相信在量子點間距過大時，電子無法在量子點與量子點 間穿隧，可視為獨立的量子點，而低溫下 PL 頻譜峰值隨光激發功率的『藍移現 象』，則歸因於隨著光激發功率的提升，量子點發光漸漸由雙激子發光主導。

擬合的過程中，『藍移現象』明顯與否，最重要的因素在於電子穿隧時間與 電子電洞對輻射復合時間的相對關係。穿隧時間越小，『藍移現象』越明顯；穿 隧時間越大，『藍移現象』越不明顯；根據【式 三-四】控制穿隧時間大小的因 素有很多，諸如量子點間平均距離、電子有效質量、異質界面能帶差距中位於價 帶的比例等等，我們可以藉由調整這些參數得到更接近實驗數據的模擬。

關於規則化砷化銦量子點之製作，因單一量子點尺寸已逼近數十奈米等級，

製作及測量上皆屬不易，未來將有很大的努力空間，諸如局部應力對於量子點形 成的影響探討、光激發螢光系統空間解析上的進步等，都等著我們去挑戰。

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簡歷（Vita）

姓名：田健中（Chien-Chung, Tien）

性別：男

出生年月日：民國 72 年 10 月 01 日

籍貫：台灣省高雄市

學歷：

國立交通大學電子工程學系學士（91.9-95.6）

國立交通大學電子研究所碩士班（95.9-97.6）

碩士論文題目：

砷化銦量子點光激發螢光藍移現象之研究

Study of Blue-Shift Effect in InAs QDs’ Photoluminescence