1-1 量子點
量子點具有三維的能量障礙，所以量子侷限效應特別明顯，其能態密 度為δ函數，使得量子點形成類似原子不連續能階的分佈，所以量子點又 可稱為人造原子(Artificial atom)。量子點因有好的量子侷限效應，高的電 子電洞態密度、高的量子效率等許多特性，很適合來發展發光二極體、半 導體雷射和光學偵測器等元件1.1 ~1.2。最近有另一種零維材料被成功製備出 來，因為類似環狀結構，所以稱之為量子環(Quantum rings)1.3~5圖 1.1。因 量子環特殊的幾何形狀，而會有奇特的物理性質產生1.6~7。
圖1.1 InGaAs quantum rings AFM 圖
1-2 量子點光學量測技術
顯微鏡的發明對我們研究量子點有很大的幫助，尤其是近年來原子力 顯 微 鏡(Atomic Force Microscope) 、 穿 透 式 電 子 顯 微 鏡 (Transmission Electron Microscope)與掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)的 蓬勃發展，可以讓我們對量子點的結構和形貌有很大的瞭解，不過這些技 生物體的螢光(Bioluminescence) 1.9等。
光激螢光為一個有力又無破壞的光學量測量子點的技術。可利用光譜
能隙的影響或是可求得載子活化能(Activation Energy, Ea)等資訊。
1-3 Quantum dots 相關實驗回顧
量子點因有極高的發光效率、低臨界電流與高溫度特性1.11，所以很適 SEPL(Selectively excited PL)，圖 1.2。可得知量子點中載子由激發態鬆弛至 基態的兩種可能機制，一種為nonresonant 機制，另一種為 resonant 機制，
其中它包括了放出LO 聲子(phonon)的過程。1999 年 Y. Toda 等人1.16利用 近 場 光 學 顯 微 鏡 (near-field scanning optical microscopy) ， 研 究 單 個 InGaAs/GaAs 量子點的 PLE，圖 1.3。他的結果說明載子被激發後，會先鬆 弛到量子點二維的連續能階，接著放出聲子(phonon)到達激子的基態 (excitonic ground state)，才會進行再結合(recombination)過程，放出 PL。2001 年 M. Bissiri1.17等人利用不同成長條件所製成的 InAs/GaAs 量子點，進行
RPL(Resonant PL )與 PLE 的量測，圖 1.4。結果可知，即使是不同的量子 點，當它們的 RPL 與 PLE 可觀察到相同位置時，就可以歸咎於所激發的 載 子 被 量 子 點 激 發 態 所 吸 收 ， 而 激 發 態 剛 好 與 放 光 基 態 差 距 為 數 個 phonon，因此可利用釋放 phonon 的機制，來鬆弛至基態進行放光。
關於變溫 PL，2003 年 E.C.Le Ru1.18等人利用不同退火溫度所得到的 InAs/GaAs 量子點量測其活化能，因它們會有不同的放光位置，所以可研 究不同量子點 barriers height 對變溫 PL 的影響。一開始先利用 Arrhenius equation 來擬合，如圖 1.5，所得到的活化能大約等於量子點 barriers height。
之後還有運用了理論模型，來討論因溫度上升載子逃離或重新被抓取進量 子點的情形，圖1.6 。2004 年 T. W. Kim1.19等人用長在ZnTe barriers 的 CdTe 量子環利用改變溫度來量測其活化能，實驗結果可得58 meV，會比以類似 條件成長的量子井和量子線還要大，圖1.7。2006 年 Wei-Sheng Liu1.20等人 則是用InAs 量子點外面在長一層 strain-reducing layer(SRL)，利用變溫光激 發螢光和其活化能來和無 SRL 的量子點做比較。研究得知，有 SRL 的量 子點對於載子侷限較好，在高溫時不容易逃離量子點外，所以在高溫時，
有SRL 的放光效率較佳。圖 1.8。
圖 1.2 利用改變不同激發波長得到的 PLE 和 SEPL 圖
圖1.3 利用近場光學顯微鏡得到的單個 InGaAs/GaAs QDs 圖
圖 1.4 量子點利用不同成長條件所得的 RPL 與 PLE 圖
圖 1.5 利用不同退火溫度所得量子點的活化能
圖1.6 溫度上升而有不同機制的模型圖
圖1.7 CdTe/ZnTe QRs 變溫 PL 強度比較，可得 Ea = 58 meV
圖1.8 有長和沒長 strain-reducing layer 和沒 InAs QDs 的 Ea 的比較
1-4 研究動機
砷化砷/砷化鎵量子點、量子環其螢光放射波長在 950-1500nm，可作 為很好的紅外線雷射和光偵測器，為了達到更好的元件效率，必須了解其 基本物理特性。首先我利用掺鈦藍寶石雷射並改變不同激發波長得到螢光 激發光譜(PLE)，這可以我們使了解載子在零維奈米結構中躍遷的情形；因 元件都是在室溫下運作，室溫的放光效率就格外重要。所以我利用改變樣 品溫度量測光激發螢光(PL)，來得到樣品的活化能，並想理解樣品活化能 與其放光效率的關係。
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