氮化銦（InN）是這幾年積極受到重視的氮化物材料，因為近幾年 的研究發現，六角晶形（wurtzite）的氮化銦能隙為0.69eV1-4，而不是早 先所認為的2.0eV5,6。這可能是因為早期長晶技術還未成熟所致。氮化銦 的製備最早是在1938年由Juza和Hahe從InF6(NH4)3得來。70年代氮化銦合 成的方式則是由含有銦的化合物與氨或含氮的復合物反應所得。但是從 上述方法所得到的氮化銦不是粉末就是較小的結晶。到了1972年Hovel 與 Cuomo5利 用 反 應 式 射 頻 濺 鍍 （rf-sputtering ） 的 方 法 將 多 晶
（polycrystalline）氮化銦薄膜成長在藍寶石（sapphire）和矽基板上。並 且經由吸收光譜的量測，得知氮化銦薄膜的能隙約為1.9eV。然而到了 90年代之後，由於分子束磊晶（MBE）與有機金屬化學氣相沈積
（MOCVD）等長晶技術的成熟，可獲得結晶性較好的樣品以供研究。
所以近年來對之前較大的能隙數值有了大幅的修正，現在一般公認氮化 銦薄膜的能隙約在0.69eV。而這能隙的前後差異可能歸咎於氮化銦帶有 氧化物或者是形成的多晶結構2,3的關係。
由於上述對氮化銦能隙的修正，氮化物成為發展光電元件的重要材 料。因為氮化銦、氮化鎵與氮化鋁的合金的能隙範圍，可以包括從氮化 銦的 0.69eV，氮化鎵的 3.4eV 到氮化鋁的 6.2eV。因此這些氮化物合金 的發光波段，能涵蓋從紅外、可見到紫外光的範圍。所以能廣泛地應用 在微波通訊（1.3～1.55μm）與發光波長從微波到紫外光的光電元件7,8。 特別是氮化銦鎵（InxGa1-xN）合金的能隙會隨銦組成的增加而從 3.4eV 下降到 0.69eV，所以可以把不同銦組成的氮化銦鎵（InxGa1-xN，x=0～1）
合金堆疊起來，藉以吸收所處能隙的光子。而由圖 1-1 所示氮化銦鎵的 寬光譜可以涵蓋太陽主要的發光波段，以高效率將光能轉換為電能，因 此相當適合在太陽能電池的應用。
除了上述能隙上的特點外，氮化銦材料還有一些有趣的特性。例如 氮化銦材料的電子有效質量很低，約在0.042～0.070 個電子質量(m0)9， 所以有較高的漂移速度（4.2×107cm/s），而且氮化銦材料還有熱穩定性 高的特性，使得氮化銦材料在發展高速元件與發光元件上有很好的遠 景。然而在 1990 年以前，因為材料品質不佳，有關氮化物半導體的研 究是與時遞減。最近在晶體品質的改進，以及 P 型摻雜的成功，導致了 另一波氮化物研究的熱潮。
除了上述氮化物的薄膜外，我們可以利用長晶技術創造限制電子在 半導體中運動的結構，近來有許多的團隊投入這類的研究。如果以電子 在半導體中運動的維度來分，可分為零維、一維、二維與三維，其別對 應到的結構為量子點、量子線（或量子柱）、量子井與塊材。由於奈米 點能將電子電洞限制在很小的三維空間中，使電子電洞容易在奈米點中 復合發光。並且由於奈米點中電子運動的三個維度都被侷限，使得電子 能階變得不連續，所以電子能態密度成為δ 函數，進而得到高熱穩定性 與狹窄的譜線寬度10的特性。再加上奈米點具有低門檻電流密度11、減少 缺陷密度，與調變發光波長等特性，使得奈米點結構適合用於雷射二極 體（Laser diode，LDs）與高效率光電元件的發展。
然而在成長高品質的氮化銦材料還是一個重要而困難的挑戰，這是 因為氮化銦成長的溫度範圍很窄。由於氮化銦的熱分解（decomposition）
約在520oC～540 oC，而銦原子的脫逸現象（In desorption）約發生在 650
oC 以上12，因此限制了氮化銦的成長溫度必須在較低溫的環境下，再加 上氨要在溫度大於 500oC 時才開始分解13，造成能夠成長氮化銦的溫度 範圍很窄，也因此增加了成長高品質氮化銦的困難度。除此之外，氮化 銦材料中經常被討論到的 Burstein-Moss 效應，會嚴重影響到氮化銦材 料的光學特性。原因在於 Burstein-Moss 效應指的是簡併（degenerate）
半導體中，載子濃度上升所造成的費米能階位置上升與吸收光譜起始點 的藍移（blue shift）。由於氮化銦材料的電子有效質量很低約為 0.042～
0.070m0，所以傳導帶中的電子能態密度較低，以致於在成長氮化銦材料 時，常有高濃度非刻意添加的載子容易填到較高的能階上，而造成量測 氮化銦材料能隙與光學性質上的差異。再加上氮的高蒸氣壓 14,15，因此 成長高品質的氮化銦仍然是一個困難的議題。
截至目前為止討論氮化銦奈米點的論文仍然屬於少數，而對於氮化 銦奈米點的光學性質研究更是少之又少。第一個發表氮化銦奈米點光學 性質的是在2005 年 Intartaglia16的文章。Intartaglia 是利用有機金屬氣相 沉積（MOVPE）的方式在二氧化矽上成長氮化銦奈米點，其光激螢光 光譜峰值能量（PL peak energy）並不會隨著不同量測溫度而改變。而 在2006 年柯文正博士9的論文中提及利用氮化銦奈米點大小調變其發光 特性的研究，隨著奈米點的平均高度由～32.4nm 下降到～6.5nm，光激 螢光光譜峰值能量也明顯的從 0.78eV 藍移到 1.07eV。然而對於氮化銦 材料狹窄的長晶溫度範圍，對氮化銦奈米點光學性質的影響，到目前為 止還沒有相關的研究發表。所以在這篇論文中，我們主要討論的議題是 長晶溫度在 550～725oC 的氮化銦奈米點，其表面形貌與光學性質隨長 晶溫度的變化情形。
在這篇論文中，我們會在第二章中，簡短的介紹兩個相關的理論與 實驗結果，如半導體中的光激螢光光譜與 Burstein-Moss 效應。而第三 章會說明樣品的製備與實驗的儀器，包括原子力顯微鏡（AFM）於光激 螢光（PL）系統。在第四章中，我們會針對不同長晶溫度的樣品形貌、
低溫與變溫光激螢光光譜的實驗結果加以分析討論。而最後我們會在第 五章總結這些實驗結果。
圖1-1 太陽光在各波段的發光強度與氮化銦鎵（InxGa1-xN）合金 能隙的關係圖