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將 有 摻 氮 和 無 摻 氮 的 樣 品 做 高 解 析 度 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 (HRTEM) 分析,從剖面圖顯示未摻氮的樣品量子點呈現橢圓形,但 在摻入氮之後量子點的形貌不規則,且有大量的銦累積在 wetting layer,這應該是因為相分離(phase separation)現象造成。將 TEM 圖形 經過傅立葉轉換之後,顯示有摻入氮的樣品在量子點附近有許多缺陷 產生。因此在室溫下量測光激發螢光頻譜(PL)可知摻氮之後的缺陷造 成PL 強度減弱、半高寬變大且在低能量有一個的長尾巴存在。無摻 氮樣品在溫度 18 K 時電容-電壓(C-V)量測顯示載子沒有頻率響應,

時間常數很短,無法用深層能階暫態頻譜(DLTS)來量測。而有摻氮 樣品由於缺陷能階的產生在溫度300 K 載子時間常數約 10-3~10-5秒,

因此可以在深層能階暫態頻譜量測到訊號。且在室溫下的 C-V 圖可 以看到兩個平台出現,轉換成載子濃度分佈圖可以看到兩個峰值,其 中一個位置在0.35 μm 為量子點訊號,而另一個在 0.45 μm 為缺陷位 置。因此我們可以知道在量子點能階下方有缺陷能階。

以深層能階暫態頻譜量測摻入氮的樣品電子放射的情形,可以看 到兩個峰值出現,其中一個為量子點訊號活化能約 0.2 eV 而另一個 為缺陷訊號活化能大約0.7 eV,這和 C-V 得到的結果一致。量子點訊 號出現在約200 K 且當電子的佔據數增加時,峰值會往低溫移動並飽

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和,類似於能帶填充,而這個能帶的平均範圍約 0.18~0.29 eV。為 了得到更精確的能帶,將不同區間的電子空乏,量測出不同能階量子 放射的活化能,DLTS 訊號最強的活化能大約在 0.21 eV,將此時的 活化能對應到 PL 光譜電子放射強度最大時的波長(1200 nm)。而 DLTS 可以量到活化能較深能階的能量(約 0.36 eV)應該與 PL 光譜 在長波長出現的長尾巴有關。因此我們認為DLTS 量到的電子放射的 活化能範圍從0.19~0.36 eV 可以對應到 PL 光譜量子點的放射訊號。

電子要注入到量子點必須克服一個捕捉位能障,它的高度和電子從量 子點放射的位能障高度差不多。當量子能階的電子佔據數愈多可以得 到捕捉位能障高度愈小。施加逆向偏壓能空乏樣品內的電子,一旦量 子能階中的電子全都被空乏之後,再增加逆向偏壓可以空乏缺陷能階 內電子。當缺陷內的電子開始被空乏時,我們觀察到量子點的位能障 高度變小;缺陷內的電子被空乏愈多時,得到的量子點位能障高度會 愈小。這結果顯示量子點的位能障高度會受到缺陷內電子數量影響,

而電子在灌入缺陷之前會先注入量子點內,之後再回到缺陷能階。當 量子點中電子數目較多,電子跳進去受到的庫倫排斥力較大,所以捕 捉截面積小,而量子點中電子數目愈少,電子較不受到庫倫排斥力影 響,捕捉截面積大,特別是缺陷中的電子被空乏出來,會使得捕捉截 面積接近於沒有掺氮量子點的特性。

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