零磁場功率相依光譜

圖 4-7 是樣品 RN0069(QDs)在 1.4 K 下，不同的雷射光激發功率之下的光激發螢光 光譜圖，量測的功率範圍是在 2 mW 到 650 mW，因為此雷射功率數值是耦合進光纖之 前的功率值，在經過耦合進光纖後以及聚焦點大小為 0.2 cm 的計算之下，實際上激發樣 品的激發功率密度範圍是在 0.05 W/cm²到 16.25 W/cm²之間，但是為了求方便，以下都 以耦合進光纖前的雷射功率來表示。在低功率的情況下，只有單一個峰值，此為量子點 在基態(ground state，GS)的發光，半高寬(full width at half maximum，FWHM)大約為 33 meV，半高寬的大小反映出量子點尺寸的均勻度。然而，隨著激發強度的增加，有越來 越多的峰值出現，在雷射功率為 650 mW 時，出現了四個明顯的峰值，能量從低到高依 序為基態(GS)、第一激發態(1^st excited state，ES1)、第二激發態(2^nd excited state，ES2) 以及第三激發態(3^rd excited state，ES3)。在高能量的區域，可以看到兩個明顯的峰值，

分別為 InAs 的潤濕層(wetting layer，WL)的發光以及基板 GaAs (barrier layer)的發光，發 光能量分別約為 1.45 eV 和 1.5 eV。

每一條光譜的發光強度與其對應到能階上的載子數成正比，為了方便觀察當改變激 發功率時各個能階載子數量的變化，所以將圖 4-7(a)的光譜圖對基態作歸一化，得到圖 4-7(b)。在高激發功率的光譜中，因為激發功率提高所提供的載子數很多，可從基態填 滿飽和後一路往高能量的地方填，使得激發態的載子數變多，反映在光譜圖上，激發態在 高功率時的譜線強度有所提升。因此，根據圖 4-7(b)的光譜圖可以判定圖中不同峰值是代表量

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PL with normalized G. S. intensity

Energy (eV)

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一般量子點的尺寸大小是呈高斯分佈，所以由不同尺寸對應到的各個量子點內同一 個能階的能量分佈也是會呈高斯分佈，因此，多組的能階躍遷所貢獻出的螢光光譜圖便 可以使用數條高斯譜線的疊加來擬合。如圖 4-8，為樣品 RN0069(QDs)在 650 mW 的雷 射激發功率之下的光激發螢光光譜圖，並且由多組高斯譜線疊加擬合，可以知道量子點 基態的躍遷能量為 1.104 eV，而激發態躍遷的能量分別為 1.165 eV、1.218 eV、1.269 eV 以及 1.31 eV。

1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 0

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圖 4-9 LM4698(QDs)變激發功率之光激發螢光光譜

圖 4-10 為量子點樣品 LM5148(QDs)在 1.4 K 下，變激發功率之光激發螢光光譜。

在激發功率為 2 mW 時，量子點在基態的躍遷能量約 1.159 eV，半高寬大約為 40 meV。

當雷射的激發功率增加，螢光光譜中峰值的數目也會越來越多，且發光的強度也會越來 越大。當激發功率為 650 mW 時，出現三個峰值，分別為載子在基態的躍遷，以及載子 在第一激發態與第二激發態的躍遷，而第一激發態與第二激發態躍遷的能量分別為 1.23 eV 以及 1.278 eV。

1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 0

2 4 6 8

Intensity (arb. units)

Energy (eV)

2mW ( x10) 50mW 150mW 250mW 400mW 650mW

1.4 K GS

ES1

ES2

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RN0069 (QDs) LM4698 (QDs) LM5148 (QDs)

GS (eV) 1.104 1.126 1.159

ES1 (eV) 1.165 1.188 1.230

ES2 (eV) 1.218 1.240 1.278

ES3 (eV) 1.269

表 4-2 量子點樣品在各能階之能量

1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 0

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