含氮與不含氮樣品的 PL 光譜比較比較

圖4.1 (a)為樣品A與樣品B於40K溫度下及激發功率為10 mW時的PL光譜 圖、圖4.1 (b)為樣品A與樣品B於300 K溫度下及激發功率為10 mW時的PL光 譜圖、圖4.1 (c)為樣品A與樣品B於40K溫度下及激發功率為500 mW時的PL 光譜圖、圖4.1 (d)為樣品A與樣品B於300K溫度下及激發功率為500 mW時的 PL光譜圖。從圖中可以清楚發現，當我們加入少許的氮於量子井中會造成 PL強度增強，而且其發光波長產生紅位移(red shift)的現象；對照BAC理論，

我們可以判定N摻入量子井後，樣品結構確實能減少部分壓縮應力造成量子 能階下降而形成紅位移使得發光波長有紅位移的現象，這與在一般的物理 特性預期上大不相同，但也因此InGaAsN才有機會發光於長波長。

由上述的討論，我們從InGaAs1-xNx樣品中發現一特別的特性，就是其 加入氮後在發現其發光率竟變得比不含氮的樣品來的明顯地好；但在 Miguel-Sanchez[24]等學者所測量出的不同氮含量下InGaAsN 光激螢光光 譜中，當氮含量微量增加發光強度逐漸降低，且波形逐漸向兩旁擴散，表 示發光效率變差，而發光波長會逐漸往長波長移動，顯示了氮原子對能帶 間隙的影響極大；因此，這其中對於氮的含量多寡加於量子井中時，其發 光特徵仍然有部分值得我們針對這些樣品作跟更深入的探討分析。

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

PL Intensity (a.u.)

W avelength (nm )

smaple A smaple B T = 40 K

圖4.1(a)樣品 A 與 B 於 40 K 下激發功率為 10 mW 的 PL 光譜圖

800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 0.000

PL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

Sample A Sample B

圖4.1(b)樣品 A 與 B 於 300 K 下激發功率為 10 mW 時 PL 光譜圖

800 1000 1200 1400 1600 1800

PL Intensity (a.u.)

W avelength (nm )

Sample A Sample B

圖4.1(c)樣品 A 與 B 於 40 K 下激發功率為 500 mW 時的 PL 光譜圖

800 1000 1200 1400 1600 1800

0.000

PL Intensity (a.u.)

W avelength (nm )

Sample A Sample B

圖4.1(d)樣品 A 與 B 於 300 K 下及激發功率為 500 mW 時 PL 光譜圖

圖4.2 (a)與(b)各為樣品A與B升至300K之PL隨溫度變化關係圖，其雷射 功率為10 mW。由圖中可發現，樣品的PL強度隨溫度上升而減弱，而且發 光波長也會有些微紅位移。由於量子井的寬度約為6 nm，所以理論上不應 該有激發態能階存在，而在圖中的兩個光譜特徵，對發光波長隨溫度的變 化而言短波長者較沒有影響，但是長波長者隨溫度變化有很大的紅位移現 象。因此，我們可以推估長波長應該是量子井所發出來的光，短波長應該 是在阻擋層之間的覆蓋層(cap layer)所形成的位能井發光。

而在樣品B隨溫度變化的PL圖中在低溫時有一個更長波長的尖峰產 生，但隨著溫度上升到80 K後，其發光強度驟然下降，這可能是加入氮造 成一些晶格不匹配而產生的缺陷能階，在成長InGaAsN 量子井結構時，我 們通常只會使用少量的氮，因為氮成分過多時長晶品質會相當差。從文獻 得知至目前為止，用來發光在1.3 μm的InGaAsN 量子井中，氮含量皆不超 過2%[25]。所以在高溫時，缺陷能階因基態中的電子的躍遷至缺陷能階距 離較近，產生的能量較低，因此多半形成聲子的形式；當溫度降至夠低，

基態的能階向上抬升因此讓電子經由基態能階躍遷至缺陷能階使得間格變 大而增加發光能量，所以才能形成光子的形式而被量測到。

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

PL Intensity (a.u.)

Wavelength (nm)

PL Intensity (a.u.)

W a v e le n g th (n m )