量子點與量子環之結果比較

比較量子點樣品 RN0069(QDs)以及量子環樣品 LM5133(QRs)及 LM5149(QRs)在磁 場光激發螢光光譜量測下，受到反磁性位移以及軌道塞曼效應的影響而使得光譜遷移。

- 74 -

由磁場螢光光譜的分析處理可以得到量子結構的反磁係數、激子的等效質量，以及 經由計算可得激子的波函數半徑，並且比較量子點及量子環的差異。由第一激發態的能 量分裂可以求出不同功率下，量子結構的激子等效質量，如圖 4-41。量子點樣品 RN0069(QDs)的激子等效質量平均大約為 ，而量子環樣品 LM5133(QRs) 以及 LM5149(QRs)的激子等效質量分別為 以及 ，量子點 的激子等效質量比量子環小。這是由於量子結構在形成過程中，量子環為了要形成中央 凹陷的結構，必須在製成得過程中比量子點多一道退火(annealing)的步驟，而在退火的 過程中，結構中央之銦原子會向外擴散，使得銦原子與鎵原子混合嚴重，造成量子結構 中鎵的含量變高，而在砷化銦鎵(InGaAs)的材料中，鎵的比例若較高，則材料的能隙會 較高，會具有較大的等效質量^[32]。

圖 4-41 不同樣品在第一激發態的激子等效質量

RN0069 (QDs) LM5133 (QRs) LM5149 (QRs)

100 200 300 400 500 600 700

0.050 0.052 0.054 0.062 0.064 0.066 0.068

Effective mass (unit of m 0)

Power (mw)

- 75 -

由磁場螢光光譜可以得到不同量子點以及量子環樣品在基態的發光，以及基態的反 磁係數，如圖 4-42。量子點樣品 RN0069(QDs)在低激發功率到高激發功率的反磁係數範 圍約 到 ，而量子環樣品 LM5149(QRs)的反磁係數範圍約 到 ，另一片量子環樣品 LM5133(QRs)的基態反磁係數範圍 約從 到 ，可以觀察到量子點在基態的反磁係數比量子環小。

圖 4-42 不同樣品在基態的反磁係數

最後，根據反磁係數的定義 ，我們可以由實驗得到的結果去計算激 子在量子點及量子環中的波函數半徑，如圖 4-43。根據計算的結果，量子點樣品 RN0069(QDs)在低激發功率到高激發功率的激子波函數半徑範圍約 4.6 nm 到 5.4 nm，量 子環樣品 LM5149(QRs)的激子波函數半徑範圍約從 5.7 nm 到 6.3 nm，而量子環樣品 LM5133(QRs)的激子波函數半徑範圍約 6.4 nm 到 6.8 nm，量子點的激子波函數半徑較量 子環小。比較直徑相同的量子點以及量子環，對量子點而言，電子的波函數在量子點的 正中心，電子在量子點中心出現的機率最高，然而，量子環的中心是沒有材料的，電子

RN0069 (QDs) LM5133 (QRs) LM5149 (QRs)

0 100 200 300 400 500 600 700

8 10 12 14 16 18

Diamagnetic coefficient (eV/T2 )

Power (mw)

- 76 -

在那裡出現的機率是零，而實際上電子會出現在環上具有寬度的地方，並且會繞行運 動，所以在量子環中，電子的等效半徑會比在量子點中還大。圖 4-44 為量子點及量子 環電子在量子結構中之波函數的簡單示意圖。

圖 4-43 不同樣品的激子波函數半徑

(a) (b)

圖 4-44 (a)電子在量子點中波函數分佈 (b)電子在量子環中波函數分佈

RN0069 (QDs) LM5133 (QRs) LM5149 (QRs)

0 100 200 300 400 500 600 700

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Wave function extent (nm)

Power (mw)

- 77 -