過去的幾年來，氮化銦（InN）的材料的研究廣泛受到大家的重視。這 是由於氮化銦的電子有效質量相當低，約為 0.042~0.070 個電子質量（m0），
因此，相較於氮化鎵漂移速度（GaN，2.9×107cm/s ）、氮化鋁（ AlN ， 1.7×107cm/s）、砷化鎵（GaAs，1.6×107cm/s），InN（4.2×107cm/s）的傳輸 特性優於其他三者[1]。且 InN 比 GaAs 可使用在較寬廣的溫度範圍
（150K~500K），摻雜濃度（doping concentration）也可高達 1019cm-3[2]，這 個優勢使得 InN 更適合作為高速元件的材料。由於分子束磊晶（MBE）和 有機化學氣相沉積（MOCVD）磊晶技術的成熟，可獲得結晶性較佳的樣品 以供研究。氮化銦六角結構（wurtzite）的能隙（band gap，Eg）由原先認 為 2.0eV[3,4]，大幅修正到目前公認氮化銦薄膜的能隙約為 0.69eV[5-8]。
氮化銦的能隙修正到 0.69eV 的結果相當振奮人心。因為同是烏采
（wurtzite）結構的 AlN（Eg=6.2eV）、GaN（Eg=3.4eV）形成直接能隙範圍 從 0.69eV~6.2eV（圖 1.1），這些合金的發光波段，能夠涵蓋從紅外、可見 一直到紫外光的波段。所以能夠廣泛地應用於微波通訊（1.3μm~1.55μm）
與發光波段從微波到紫外光的光電元件[9][10]。尤其是從可見到紫外光波段
且價格合理且的白光 LED 作為室內照明設備[11]。
因應能源逐漸短缺與高物價的時代來臨，開發自然又環保的能源是刻不 容緩的議題。太陽能是個相當切合的能源，而氮化銦鎵（InxGa1-xN）的合 金隨著銦組成的增加而從能隙 3.4eV 降低到 0.69eV，如果能夠適當地調變 合金比例，將之長成堆疊的薄膜結構，可以涵蓋太陽所發出的主要波段，
藉以吸收太陽光子能量，以高效率的方式轉換為電能儲存，因此氮化銦鎵 是個相當適合作為太陽能電池（solar cell）的材料。
除了三維的塊材成長外，利用成長技術限制電子在半導體中運動的維 度，尚還有一維、二維與零維這三種。一維所代表的結構為奈米線與奈米 柱，二維為量子井薄膜、而零維材料稱之為量子點。近年來有許多的團隊 投入與低維度結構的研究，而我們的團隊致力於氮化銦奈米點的研究。由 於奈米點能將電子電洞限制於奈米尺度範圍，使得電子和電洞更容易複合 發光，提升發光效率。進一步甚至可用於雷射二極體（Laser diode , LDs）
和單光子發射器、偵測器（single photon emitter、detector）。
以有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）的方式成長氮化銦，經由理論計 算，成長 InN 時經氮氣的平衡氣壓相當高，在 500°C 約為 0.18bar，當成長 溫度升到 600°C 氮氣的平衡氣壓約 20bar[12]。溫度越高氮氣的平衡氣壓越 高，使得 InN 中的氮很容易跑掉。再加上 In-N 的鍵能（bond energy）約為 1.98eV，不像 Al-N（2.88eV）以及 Ga-N（2.2eV）有較佳的熱穩定性[13]，
使得氮原子被分解而離開氮化銦表面的溫度相當低（520~550°C），而銦原 子的脫逸現象（In desorption）約發生在 650°C 以上[14]。因此，氮化銦常 在較低溫下成長（低於 650°C）。但五族的原料氨氣（NH3）在 400°C 以上 才開始裂解[12]，如果低於 400°C，會導致氮的來源缺乏而形成滴狀金屬銦
（In droplet）。所以 InN 能夠使用的成長溫度區間相當窄，大約界於 400°C-650°C 之間，雖然氨氣的有效裂解量會隨溫度增加而提高，但是在 600°C 以下氨氣（NH3）的分解率仍然相當的低(active 的量<4%)，導致五 族提供量不足。因此，為了提高五族的來源，除了可以使用較高的溫度成 長外，還可使用高的五三比（V/III ratio）成長，一般成長氮化銦的五三比 介於 30000~660000 之間，並伴隨著相當低的成長速率（growth rate）約 0.16~3.33nm/min[15]。而五三比低於 30000 以下，僅有 Briot 和 Yamamoto 等少數團隊對薄膜有零星的研究，尚缺乏奈米點完整的系列研究。於是我 們選擇成長五三比 500~30000 之間的九片氮化銦奈米點樣品，討論五三比 對表面形貌以及基本的光學特性的影響。
本論文中，我們會在第二章中簡介 X-ray 繞射以及低溫光激螢光光譜
（photoluminescence，簡稱 PL）相關的理論，如電子電洞復合機制、布拉 格繞射理論。第三章為奈米點的製備與實驗儀器，包含原子力顯微鏡（atomic
的結果。
3.0 3.2 3.4 3
0 2 4 6 8
.6 Energy gap E g (eV )
Lattice constant a (Angstrom)
圖1.1 三族氮化物的能隙（Eg）隨a軸晶格常數變化的關係圖。