1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
Intensity(a.u.)
SNOM image Simulation
1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
Intensity(a.u.)
由圖 4-11 的結果可以發現影像左右光的強度差異很大，第一，由於探
4-3 奈米尺度量子點奈米尺度量子點奈米尺度量子點 奈米尺度量子點
在本章節中，主要研究由本實驗室有機金屬氣相磊晶系統(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)成長的三族氮化物量子點，例如第一部 份的氮化銦與第二部分的氮化銦鎵量子點。量子點的直徑大約皆都在數百 奈米附近，所以需要 SNOM 提供高解析度空間近場影像配合表面形貌，精 確地提供給我們單顆量子點的光學資訊。另外，此部分也包含了較巨觀的
X-ray 繞射譜線與光激發螢光光譜(PL)作為對照。
4-3-1 鑑別氮化銦量子點樣品中的金屬銦顆粒鑑別氮化銦量子點樣品中的金屬銦顆粒鑑別氮化銦量子點樣品中的金屬銦顆粒 鑑別氮化銦量子點樣品中的金屬銦顆粒
我們對氮化銦量子點掃描了大面積 10µm×10µm 的近場場圖，如圖 4-12
(a)為針對氮化銦譜峰所做的近場影像圖，4-12 (b)中為對應的表面形貌，圖 4-12 (c)為針對圖 4-12 (b)上用藍色圓圈所標示的較大顆量子點量測之近場 光譜。由圖 4-12 (a)可以觀察到幾乎每個量子點都會發光，對照 4-12(b)中的 量子點大小，以直徑在 1 微米左右的大顆量子點訊號最強。
另外在圖 4-12 (b)形貌圖中可以發現直徑約 2µm 的島狀物，但沒有發出 明顯的紅外波段訊號。圖 4-13 為樣品 X-ray 繞射強度對 2θ作圖。由圖 4-13 可以發現除了基板氮化鎵與氮化銦量子點的訊號以外，樣品亦存在著金屬 銦的訊號，為了判別島狀物是否為金屬銦的顆粒，我們利用 SNOM 對此島 狀物做了更進一步的分析。
(a)
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Wavelength(nm)
(c)
(b)
SNOM image
µm V
µm
SNOM image
µm V
µm
Topography
µm
µm
Topography
nm µmµm nm
圖 圖圖
圖 4-12 氮化銦之氮化銦之氮化銦之氮化銦之(a)波長定在波長定在波長定在 1650nm 之近場場圖波長定在 之近場場圖之近場場圖之近場場圖(b)樣品表面形貌樣品表面形貌樣品表面形貌樣品表面形貌
(c)針對藍色圓圈標示的量子點探測的光譜針對藍色圓圈標示的量子點探測的光譜針對藍色圓圈標示的量子點探測的光譜針對藍色圓圈標示的量子點探測的光譜
圖 圖圖
圖 4-13 氮化銦之氮化銦之氮化銦之氮化銦之 X-ray 繞射強度對繞射強度對繞射強度對繞射強度對 2222θθθθ作圖作圖作圖作圖
圖 4-14(a)、(b)分別為對氮化銦量子點訊號波峰以及激發雷射波長所做
Mapping at dot signal
µm
µm V
Mapping at dot signal
µm
µm
V µm
µm V
Mapping at
excited laser (488nm)
µm
µm µm V
µm V
Mapping at
excited laser (488nm)
Topography
4-3-2 分辨不同銦組成氮化銦鎵量子點之量測分辨不同銦組成氮化銦鎵量子點之量測分辨不同銦組成氮化銦鎵量子點之量測 分辨不同銦組成氮化銦鎵量子點之量測
我們透過調配氮化銦與氮化鎵通入的比例合成氮化銦鎵，希望藉此調 變樣品的紅外發光波段。圖 4-15 (a)為氮化銦鎵 X-ray 繞射強度對 2θ作圖，
圖 4-15 (b)為 Macro-PL 光譜。如圖 4-15 (a) 所示，量子點的固相銦組成相 當不均勻，此現象也反映在光學特性，圖 4-15 (b)中，樣品的光激螢光譜線 不但有多重譜峰，而且每個譜峰的半高寬明顯地都很寬。從巨觀上來看，
氮化銦與氮化鎵晶格常數(aInN=3.540Å, aGaN=3.186Å)不匹配程度高達 11%，
固相 InGaN 的互溶(miscibility)能力相當低，依據 G. B. Stringfellow 在熱平 衡(thermal equilibrium)條件下的理論推測[17]，很容易出現相分離(phase separation)的現象。此現象為現今成長氮化銦鎵的一大困難。
30 31 32 33 34 35 36
Intensity (a.u.)
2θ (degree)
GaN(0002)
1000 1200 1400 1600 1800
In te n s it y ( a .u .)
Wavelength (nm)
(a) (b)
圖圖
圖圖 4-15 氮化銦鎵之氮化銦鎵之氮化銦鎵之氮化銦鎵之(a) X-ray 繞射強度對繞射強度對繞射強度對繞射強度對 2222θθθ作圖θ作圖作圖(b)光激螢光光譜作圖 光激螢光光譜光激螢光光譜 光激螢光光譜
以上的實驗都是屬於初步樣品巨觀的檢測結果，為了更深入了解樣品 微觀的光學特性，我們利用 SNOM 個別觀察不同量子點。
圖 4-16 (a)、(b)是分別針對樣品 PL 中短波長(1280nm)與長波長(1530nm) 所做的近場影像，圖 4-16 (c)為樣品表面形貌。圖 4-16 (a)中可以看出短波長 均勻的發光，而圖 4-16 (b)中長波長的訊號則由特定的量子點發光。從圖 4-16 (c)形貌圖可以看到量子點主要分為兩種型態，一種是體積較大分佈在各處 的量子點，另一種為體積較小，密度較密平舖在整個樣品的表面的量子點。
我們將發光的特性與形貌作比較後，可以觀察到樣品短波長的訊號主要來 自於表面平鋪的小顆量子點均勻地發光，而長波長的訊號主要來自於體積 較大的量子點，訊號不但較強也比較集中在特定的量子點。顯示此氮化銦 鎵也是有相分離的現象，造成兩種不同的量子點的大小和發光波段。
µm V
µm
1280nm
µm V
µm
µm V
µm V
µm
1280nm
µmµm
1530nm
V µmµm µm V
µm
1530nm
Vµm
µm
Topography
nm µmµm
Topography
nm(a) (b)
(c)
圖 圖 圖
圖 4-16 分別對不同波長分別對不同波長分別對不同波長分別對不同波長(a)1280nm(b)1530nm 的近場場圖與的近場場圖與的近場場圖與的近場場圖與(c)表面形貌表面形貌表面形貌 表面形貌
為了更進一步確定此觀察結果，我們將光纖探針分別移動到不同大小 種類的量子點。圖 4-17(a)為針對長波長訊號的近場影像，兩個虛線圓圈標 示近場探針掃描量子點 PL 光譜的位置。圖 4-17 (b)為樣品形貌。圖 4-18 便 是分別針對圖 4-17(a)標示的大小顆量子點所量測的 PL 光譜，大顆的較高銦 組成量子點主要發出長波長的訊號(1530nm)，小顆的較低銦組成量子點由 短波長(1280nm)的訊號主導。