垂直電場調變精細結構劈裂

圖 4.29 量子點 F、G、J、K 和 R，FSS 與線偏振程度量測結果。

QD_R_+0.0V _data

fit

QD_K_+0.0V _data

fit

QD name Transition energy (meV)

Polarization degree (%)

Polarization axes (degree)

FSS (μ eV) Eigen axes (degree) F 1321.93 7.05 53.84 4.55 148 G 1325.64 6.85 68.97 30.18 12.2 J 1331.94 8.78 97.08 18.56 1.28 K 1339.19 6.90 5.02 20.00 16.51 R 1373.35 14.96 83.96 39.55 49.14

表 4.5 量子點 F、G、J、K 和 R 在偏壓為零時的性質。

精細結構劈裂量、本徵軸的角度與線性偏振量隨著外加偏壓的量測結果圖 4.30-4.34 所示，當中只有量子點 G 的精細結構劈裂量隨著外加垂直電場呈線性 的變化，當偏壓由-0.24 V 上升到+0.24 V，其精細結構劈裂從 32.8 μeV 下降到 28.6 μeV，與 A. J. Bennett 等人^[13]量到精細結構劈裂隨外加垂直電場呈線性的下降再 上升的結果類似，如圖 4.35。我們的電場變動範圍是 19.2 KV/cm，而 FSS 變動 範圍是 4.12eV，調變速率約為 0.215 eV/( KV/cm)，而和文獻上藍色線比較，

他們的在 100 KV/cm 的電場範圍中，使 FSS 改變了 25 個eV，因此調變速率約 為 0.25 eV/( KV/cm)，和他們相比，我們的調變速率稍微小了一些。而其他顆 量子點的精細結構劈裂量隨著外加垂直電場則是沒有趨勢的震盪。在本徵軸的部 分，只有量子點 F 的本徵軸角度隨外加偏壓呈現趨勢，當偏壓由-0.24 V 上升到 +0.24 V 時，其本徵軸的角度由 155 度下降到 139 度，在其他量子點中則是呈現 沒有趨勢的震盪。螢光的線偏振程度方面，隨外加偏壓也沒有明顯的趨勢。由於 這五顆量子點間的變因太多，因此其他顆量子點精細結構劈裂無法調變的原因不 明，另外我們也受限於較小的電場調變範圍，確認精細結構劈裂量是否受到垂直 電場的影響變得困難，甚至也不能排除量測環境或系統穩定性的原因。

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

Eigen axes (degree)

Bias (V)

eigen axes (degree)

Bias (V)

Polarization Degree (%)

Bias (V)

Polarization Degree (%)

Bias (V)

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1

Eigen axes (degree)

Bias (V)

Eigen axes (degree)

Bias (V)

Polarization Degree (%)

Bias (V)

Polarization Degree (%)

Bias (V)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 34

36 38 40

42 QD R

FSS (ueV)

Bias (V)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

40 45 50

55 QD R

Eigen axes (degree)

Bias (V)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

12 14 16 18 20 22 24

Polarization Degree (%)

Bias (V)

QD R

圖 4.34 量子點 R (a)FSS、(b)本徵軸與(c)偏振程度隨外加偏壓的變化。

圖 4.35 精細結構劈裂與本徵軸隨電壓的變化[13]。

(b) (a)

(c)

不同激發光源的精細結構劈裂與偏壓關係

除了用氦氖雷射(633 nm，CW)激發之外，我們也用二極體雷射(848 nm，CW) 和鈦摻雜藍寶石雷射(685 nm，pulsed)作為激發源，確認精細結構劈裂量隨著外 加垂直電場線性變化趨勢是否會因此而有所不同，結果如圖 4.36。

量子點 G 以不同雷射激發的量測中， 685 nm的脈衝式雷射重複率是 80 MHz，

兩發脈衝之間相差 12.5 ns，量子點中電子電洞複合大約為 1 ns，因此第一發脈衝 打進量子點，經過吸收產生電子電洞對後，第二發脈衝才會再激發產生電子電洞 對，可以減輕電子電洞累積產生的干擾，848 nm 的長波長雷射可以避免低溫的 GaAs 吸收，使 GaAs 當中的累積電荷影響減小，因而降低屏蔽效應(screen effect)。

三種量測條件都呈現精細結構隨外加垂直電場變化的線性趨勢。

A. J. Bennett 等人^[13]認為互相垂直的 H 和 V 兩個偏振態隨著垂直電場的史塔 克效應參數不同，兩個偏振態隨外加電場逐漸靠近，在電場為F₀時最靠近，導 致精細結構劈裂隨外加電場變化像一個 V 字形，而本徵軸也在電場為F₀開始轉 動。在我們量測中，雖然量子點的精細結構劈裂隨電場有線性變化趨勢，但是本 徵軸卻沒有明顯的轉動，可能原因是我們的施加的垂直電場範圍是在離F₀較遠 的地方，才會有精細結構劈裂線性變化，但本徵軸不轉的情形。

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

20 QD G(633nm,CW)

Eigen axes (degree)

Bias (V)

20 QD G(848nm,CW)

Eigen axes (degree)

Bias (V)

22 QD G(685nm,pulse)

Eigen axes (degree)

Bias (V)

33 QD G(685nm,pulse)

FSS (ueV)

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

Slope of energy - bias plot

Bias (V)

Slope of energy - bias plot

Bias (V)

Peak energy (meV)

Bias (V)

Slope of energy - bias plot

Bias (V)

我們利用 Savitzky-Golay 的平滑化方法得到每個偏壓區段對應的多項式，為了得 到該偏壓點的斜率，將其對應的多項式微分後，再代入該偏壓值，以此方法即可

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3

Peak energy (meV)

Bias (V)

Stark shift slope (a.u.)

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2

Peak energy (meV)

Bias (V)

Stark shift slope (a.u.)

-0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

Peak energy (meV)

Bias (V)

Stark shift slope (a.u.)

除了量子點 G 之外，我們也將另外四顆量子點的不同偏壓的斜率值與精細