電鍍沉積(electrodeposited)的方式將 ZnO 奈米柱長在 SnO2 上，再結合有機電洞傳輸材料 PEDOT 製成氧化鋅的電激發光元件，到了 2006 年 J. D. Ye 等人[11]也發表了將氧化鋅以長 晶的方式製作在p-type 矽晶圓上，製作發光元件，不過其製程較為複雜，以上的研究都是 集中在ZnO 奈米柱或 ZnO 磊晶上，而我們以更簡便的旋塗方法(spin-coating)，以氧化鋅奈 米粒子製作奈米氧化鋅電激發光元件。
因為量子點材料特殊的能帶結構，它被認為可以進一步提升半導體雷射的各項表現，
譬如低透明電流(transparency current)，高微分增益(differential gain) 以及低線寬增加常數 (linewidth-enhancement factor)等等[14][15]。然而，實際量子點雷射的特性與大家一開始的 預期並不完全相同，其中一個問題是在材料的製造上，因為是以自組裝方式成長的量子點，
每一個量子點的尺寸不會完全相同，所以單一元件裡每一個量子點的量子化發光波長並不 完全相同，其分佈的範圍可以到20meV(25 nm)以上[16]，這稱作非均勻加寬。載子的分佈 分散，造成量子點材料的增益下降，工作電流提高。不過，非均勻加寬也帶給量子點材料 一個其他材料所沒有的優點，藉由改變量子點的尺寸分佈，量子點材料的增益頻寬可被輕 易改變[17]，這比混用多種有不同發光波長的量子井容易的多[18] 。
在這樣的量子點元件裡，因為不同的量子點在空間上是獨立的，因此載子不容易在量 子點之間移動，這使得使用量子點作為增益介質的寬頻光放大器，可以到較少的通道間信 號干擾(cross talk)。
三、研究方法
藍光發光元件的製作方面:
我 們 利 用 相 分 離 的 技 術[19] 將 氧 化 鋅 奈 米 粒 子 搭 配 有 機 材 料 poly (methyl methacrylate) : (PMMA)與 N,N’–diphenyl-N,N’–bis (3-methylphenyl) - 1, 1’- biphenyl - 4, 4’ - diamine : (TPD)製成分層結構，製作程序如圖一，首先將 ITO 玻璃事先以去離子水，丙酮，
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異丙醇清洗及清除ITO 表面殘餘的有機物，再將氧化鋅奈米粒子與 TPD、PMMA 以適當的 比例溶於氯仿(chloroform)或將氧化鋅奈米粒先溶於 Toluene，TPD 與 PMMA 溶於氯仿然後 再將兩種溶液混合，我們所利用的是氧化鋅奈米粒子與 TPD 及 PMMA 對有機溶液的溶解 度不同，在旋轉塗佈時會產生相分離的現象，使得大多數的氧化鋅奈米粒子均勻分布在薄 膜上層，以增加電子電洞對在氧化鋅奈米粒子結合的機會，其濃度範圍從 0.7 wt%到 1.2 wt%，而所使用的 PMMA 分子量為 120000，TPD 分子量為 516，以上 2 者均購自於 Aldrich，
之後再以spin 的方式塗佈在 ITO 玻璃上，轉速為 4000 rpm，時間為 80sec，薄膜厚度約為 1.5~2 µm，接著再以 60 ℃，2 h 於低溫環境下的條件進行退火，最後再將電極 Al 蒸鍍上去，
蒸鍍條件在大約10-6torr 的環境下進行，蒸鍍速率為 10 Å/s，發光面積為 0.7 cm*0.3 cm。
圖一. 藍光發光元件製作流程
在反競爭效應的實驗方面:
在第一種反競爭效應的實驗裡，我們利用InAs量子點增益元件架設雙波長的外共振腔 雷射，表
ㄧ
是這個量子點元件的磊晶結構，元件的主動層裡總共有十層的InAs量子點，但 為了增加非均勻加寬 (inhomogeneous broadening)的效果以及增加元件的增益頻寬，其中五 層InAs量子點的發光波長被設計在1.24 µm，其餘五層的發光波長則設計在1.28µm，兩種量 子點層在元件裡以交錯的方式排列，以使載子平均的分佈。我們以這樣的磊晶片製作量子點的邊射型半導體雷射，所完成的Fabry-Perot雷射元件 其波導長度為497 µm，這個長度的元件，不需外加共振腔即會產生雷射共振，雷射臨界電 流是18.1 mA，雷射的波長是1250 nm。為了避免雷射自己產生的共振影響實驗結果，我們 在元件的其中一個鏡面鍍上抗反射鍍膜，鍍膜的材料是單層的SiO
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、厚208 nm，鍍膜後這 個元件的臨界電流提高到62.2 mA，雷射的波長是1182 nm，對應於激發態的發光波長。4
表ㄧ 量子點元件的磊晶結構 Material Repeat x Thick
(nm) Doping Typ e
GaAs 100 5e19 P
Al
x
Ga1-x
As 0.35~0 20 3e18 P Al
x
Ga1-x
As 0.35 700 1e18 P Alx
Ga1-x
As 0.35 500 5e17 PGaAs 35 U/D
In
x
Ga1-x
As 0.15 5 U/DInAs QD, 1.24um 0.7 U/D
GaAs 35 U/D
In
x
Ga1-x
As 0.15 5 U/DInAs QD, 1.28um
x5
0.8 U/D
GaAs 35 U/D
Al
x
Ga1-x
As 0.35 500 5e17 N Alx
Ga1-x
As 0.35 1000 1e18 N Alx
Ga1-x
As 0~0.35 20 3e18 N
GaAs 500 3e18 N
Substrate N+ GaAs 3inch
我們用所完成的Fabry-Perot元件架設如圖二之外共振腔雙波長雷射，圖中右側是元件 有做抗反射鍍膜的一側，在這一側是外部共振腔的光路，光路中以一個光柵分離不同波長 的光，在光柵之後是兩面金屬鏡，其中一面金屬鏡把基態發光沿原路反射回元件裡，形成 共振腔，共振的波長在1.25μm附近(基態雷射波長)，另一面金屬鏡把激發態的發光沿原路 反射回元件裡，形成第二個共振腔，共振的波長在1.17μm附近(激發態雷射波長)。在激發 態雷射的共振腔裡，我們插入一片可調的衰減片，用來控制激發態雷射共振腔的損耗，進 而控制激發態雷射的輸出強度，並觀察激發態雷射光對基態雷射輸出強度的影響。圖中左 側則是用來同時觀察兩道雷射光輸出功率的光路，以光柵將基態的雷射光以及激發態的雷 射光分離，並用兩個直徑5mm的InGaAs感光二極體同時計錄其輸出功率。
圖二 量子點雙波長雷射的共振腔結構，以及第一種反競爭效應的量測方式。
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第二種反競爭效應則是在圖三的波長可調式雷射架構裡觀察到。這個波長可調的外共 振腔雷射裡所使用的量子點元件，是與前一個實驗是相同的，但元件並沒有鍍上抗反射鍍 膜，所以這一顆元件不需要外加共振腔就可以產生雷射共振，雷射的臨界電流是18.1 mA，
雷射自己共振時的的輸出波長是在 1250 nm。圖三中左側是外部回授的光路，僅使用一個 光柵把要回授的光反射回波導，以在所要的波長產生雷射光。圖三中右側則是雷射的輸出，
被用來測量輸出頻譜以及輸出功率。
Fabry- Perot LD
measurement Grating
K43-749 Collimator
圖三 觀察第二種反競爭效應所用的外共振腔雷射