3.1 樣品結構
本論文所使用的樣品為砷化銦 (InAs) 單量子點，是由交通大學電子工 程系林聖迪教授所提供。本樣品採用分子束磊晶法 (MBE) 成長，其結構如
【圖 3-1】所示。在樣品的成長過程中，首先，在砷化鎵 (GaAs) 基板 (100) 方向上先成長約 100 nm 的緩衝層，如此可使磊晶的表面層平坦並且減少基 板表面的缺陷。接著，在緩衝層之上再成長 100 nm 的砷化鎵，隨後便利用
Stranski-Krastanow 成長法成長一層砷化銦量子點。最後在量子點上，覆蓋 一層 100 nm 的砷化鎵覆蓋層。
另外，為提高測量到單量子點的機率，樣品的表層製作了不同大小的 金屬微奈米孔穴，其孔徑大小介於 400 nm 至 10 m 間。而微奈米孔穴是將 鋁金屬蒸鍍至樣品表面使形成厚度約 100 nm 的不透光層，再利用電子束微 影技術製作而成。
Al
GaAs 100nm
GaAs Substrate
GaAs Buffer Layer 100nm GaAs 100nm
Al metal aperture InAs QDs
400nm~10m
【圖3-1】 砷化銦單量子點樣品結構圖
3.2 顯微光激螢光 (Micro Photoluminescence) 量測系統
本論文中所使用的光譜量測技術為顯微光激螢光實驗，其實驗裝置如
【圖 3-2】所示。顯微光激螢光實驗是由光譜量測系統及監控系統兩部份構 成。在光譜量測系統中，使用氦氖雷射 (波長 632.8 nm) 做為激發光源，藉 由反射鏡及 50 倍物鏡，將雷射聚焦至樣品表面，激發奈米孔穴中的砷化銦 單量子點，使樣品中位於價電帶的電子吸收光子而躍遷至傳導帶，並留下 一個電洞在價電帶。這些高能量的電子會經由晶格碰撞釋出能量而掉到傳 導帶底部；同樣的，高能量的電洞亦會因為晶格碰撞釋出能量而掉到價電 帶頂部。隨之，這些在傳導帶底部的電子和價電帶頂部的電洞會進行復合 而發光，即所謂的光激螢光，而且所放出的光子能量大約與半導體材料的 能隙 (Band gap) 相等。
當單量子點被激發而放出螢光，利用反射鏡將螢光引入光譜儀進行分 光，而後利用電荷耦合元件 (CCD) 偵測各個波長下的螢光強度，最後將訊 號輸入電腦繪出光激螢光光譜。藉由光激螢光光譜，便能在不破壞樣品的 情況下，分析半導體材料的能帶結構。
此外，顯微光激螢光實驗也包含監控系統，如【圖 3-2】中虛線部份。
由於此實驗通常是針對尺寸非常小的結構進行量測，例如本實驗中，為了 量測直徑僅數百奈米的奈米孔穴，因此需要隨時監看激發在樣品上的激發 位置，否則將很難將雷射聚焦至尺度極小的奈米孔穴中。監控系統由白光
(Lamp)、CCD 和螢幕所組成。透過分光鏡 (Beam splitter, B.S.) 使白光一樣 經由物鏡聚焦後打在樣品上，樣品反射白光後同樣利用分光鏡使其射入
CCD 成像，因此藉由螢幕觀察樣品表面影像和雷射聚焦位置，便能一邊觀 察螢幕一邊調整樣品底下的移動平台、改變雷射聚焦位置。這裡所使用的 分光鏡也是可動式，因此光譜量測系統和監控系統兩者可以獨立作業而不 會相互影響。
為了進一步分析光激螢光的偏振性，在樣品螢光訊號進入光譜儀前的 光路上架設了二分之一波片及偏振晶體，藉由改變波片光軸和偏振晶體光 軸間的夾角，即可選擇特定方向的偏振光進入光譜儀而進行分析。
若結合顯微光激螢光系統與磁場系統，便可觀察樣品在磁場中的發光
行為。在本論文中所外加的磁場方向與樣品表面呈水平，如【圖 3-3】所示。
首先將樣品固定於 L 型基座上，使得樣品表面與外加磁場方向相互平行，
再利用一反射面與雷射入射方向夾 45 度角的反射鏡改變雷射方向。如此，
便可得到砷化銦量子點在水平磁場中的光激螢光光譜。
【圖3-2】 顯微光激螢光量測系統實驗裝置
【圖3-3】 樣品於水平磁場中之示意圖