3-1 樣品製備
本團隊以有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）的方式成長氮化銦奈米點 的結構。三族和五族的來源為三甲基鎵（Trimethygallium，簡寫為 TMGa）、
三甲基銦（Trimethylindium，簡寫為 TMIn）；五族的來源為氨氣（NH3）。 成長的順序如樣品的結構示意圖（圖 3.1）所示。我們以 c 面藍寶石（α -Al2O3）作為基板，在1130℃通入 NH3作氮化（nitridation）；接著成長520℃
的氮化鎵成核層25nm（520℃、25nm GaN buffer layer）；再成長 1120℃的 氮化鎵緩衝層1μm（1130℃、1μm GaN nucleation layer）；最後，於650℃下 成長五三比分別為500、1000、3000、6000、10000、12000、15000、20000 與30000 共九片的氮化銦奈米點。
以下為成長時的條件：
z 反應腔體壓力：200mbar z 成長時間：15 分鐘
z 載流氣體：氮氣（總流量為9000 SCCM，SCCM表示在標準狀態下，每 分鐘流入多少立方公分的氣體）
z 三族流量：TMIn 50 SCCM（~4μmol/min）
Sapphire (0001) HT-GaN 1130°C 1 m
InN dots 650°C
LT-GaN 520°C ~25nm
圖 3.1 氮化銦奈米點樣品結構示意圖
3-2 原子力顯微鏡（AFM）
原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM 公司 Binnig 與史丹佛大學的Quate 於一九八五年所開發，是利用原子之間的凡得瓦力
（Van Der Waals force）作用來呈現樣品的表面特性。假設兩個原子間，一 個是在懸桿（cantilever）的探針尖端，另一個是在樣品表面，它們之間的
我們使用NT-MDT SOLVER P47H的原子力顯微鏡系統量測氮化銦奈米 點的表面形貌。其架構圖如圖3.3[39]所示，架構上可分成三個部分：偵測 力量部分（Force sensing part）、偵測位置部分（Position sensing part）、回
當針尖與樣品之間有了交互作用之後， 置靈敏光偵測器（position-sensitive photo detector ，簡寫PSPD），將偏 移量記錄下並轉換成電的信號，以供掃描偵測處理器（scanning probe method processor）系統作信號的處理。
3. 回饋系統：在AFM系統中，將信號經由位
回饋系統中會將此信號當作回饋信號，作為內部的調整，這會驅使掃描 頭（scanner）做適當的移動，以達成系統的設定。
如果操作模式是以針尖與樣品之間的作用力形式來做分
斥力作用，為接觸式（contact-mode）；若是引力作用，則是非接觸式
（non-contact mode）下。介於兩者之間也就是所謂的半接觸式（semi-contact mode）。
1. 非接觸
利用針尖原子與
品以物理接觸方式呈現樣品表面形貌。然而表面形貌的呈現乃是位置
量被當作
固定不動並保
SOLVER P47H對探針懸臂彎曲角度（Δθ）的偵測可以精確 到0
德瓦力，但相對的比較傷害樣品表 面，
靈敏光偵測器以偵測懸臂的偏折量所推算出來的。以位置靈敏光偵測器所 偵測到的偏移量來呈現樣品表面形貌又可延伸出兩種操作方式：
(1) 定力模式（Constant force mode）：在此模式中，懸臂的偏移
回饋訊號，這信號促使掃描頭在z 軸上下移動來保持原來設定值的一定，
同時也利用scanner的移動量來把樣品表面形貌呈現出來。
(2) 定高模式（Constant high mode）：在掃描過程中，掃描頭
持在一定的高度，以懸臂在掃描過程中所造成的偏移量，呈現整個樣品的 表面形貌。
NT-MDT
.1秒（1°/3600），探針懸臂的彈力係數（k）約為5.5～11.5N/m，懸臂長 度（L）約為100～130μm，所以經由ΔF = k × L× Δθ可推得探針受力的 偏移量解析度（ΔF）為2.7～7.3×10-10 N。
2. 非接觸模式（Non-contact mode）：
雖然接觸式的掃描能夠獲得較大的凡
所以為了避免樣品表面破壞就可以使用非接觸式。首先，保持探針與 樣品約幾百奈米，將一個交流電壓（0.1V）加在懸臂上，使其在自然共振 頻率（ω0 ，150~300kHz）的狀況下接近樣品，然而在過程中懸臂本身共振
tapping mode）：
，經由增加懸臂的振 幅，
究是使用輕敲式量測樣品形貌，而不使用會磨損樣品表面的接觸 變化，呈現出樣品表面形貌及物理特性。尖端間的遠距離凡得瓦力（Van der Waal’s force），經由ΔF ~ C× Δθ ×ω，C是與環境阻尼有關的常數，約 為～2.9×10-10Ns，可推得探針受力的解析度 （ΔF）為2.1～4.2×10-11 N。雖 然非接觸式量測對探針受力的解析度較高，但距離樣品較遠，所受樣品作 用力也相對減少（F～1/r4），所以為了得到較佳的解析度，必須在真空的 環境下量測。
3. 輕敲模式（
輕敲式（也稱為半接觸式）是由非接觸式改良而來
縮減探針與樣品的距離，以得到較大的樣品作用力，並保留非接觸式 量測法，高受力解析度的優點，所以能得到比非接觸式更清晰的樣品表面 圖像。而且探針尖端與樣品的接觸較接觸式來的少，所以能避免破壞樣品 表面。
我們的研
式，與探針受力較小的非接觸式量測方法。使用AFM量測氮化銦奈米點的 表面形貌，所得到的奈米點形狀、奈米點密度和奈米點大小等數據將在第 四章中加以討論。
non-contact
3-3 光激螢光系統
圖3.4為光激螢光系統裝置圖。本系列樣品，用來激發樣品的功率為 20mW的325nm氦鎘雷射，雷射光經過截光器（chopper），接著以焦距為15cm 的凸透鏡聚焦，聚焦後所打在待測樣品上的雷射點大小約為300μm，接著 使用一焦距為5cm的透鏡將螢光會聚至光譜儀（mono-chromator）上，在收 進光譜儀前使用一片容許波長大於850nm的濾光片（Long-pass edge filter），
濾掉雜光後的螢光訊號經由InGaAs的光子偵測器感測後，傳送到鎖相放大 器（lock-in amplifier），經過放大後的訊號再經介面卡傳送到電腦，完成訊 號的判讀並繪出圖形。
低溫光激螢光光譜量測，為了避免水氣在低溫腔體中結冰影響實驗量 測，腔體中的氣壓經由真空馬達抽至壓力為2mtorr，再經由封閉迴路的溫度 控制器，放置於13K的低溫腔體中量測。
圖 3.4 光激螢光系統架構圖