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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳傑龍
研究生(外文):Chieh-lung Wu
論文名稱:氮化銦薄膜與砷化銦/砷化鎵量子點螢光光譜之時間解析研究
論文名稱(外文):The Time-Resolved Photoluminescence Study of InN Film and InAs/GaAs QDs
指導教授:鄭德俊鄭德俊引用關係
指導教授(外文):Der-Jun Jang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:物理學系研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:41
中文關鍵詞:載子冷卻氮化銦砷化銦/砷化鎵量子點生命期時間解析
外文關鍵詞:InAs/GaAs QDscarrier coolingtime-resolved photoluminescenceInN
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中文摘要
我們將超高時間解析PL-upconvesion的實驗系統工作波段推展到2μm紅外光範圍。藉由這個實驗系統,我們量測InN薄膜的載子冷卻機制,及在InAs/GaAs多層量子點中間隔層厚度與PL lifetime的關係。
我們用3.07eV的光子去激發能隙為0.74eV的InN,其平均釋放一個光學聲子以降低能量的時間為14fs。InN被激發的熱電子降到晶格溫度35K約100ps。在InAs/GaAs多層量子點方面的研究,我們觀察到了較小的間隔層的樣品,有較長的發光輻射生命期。這是由於層與層之間的量子點間耦合的效應。
Abstract

We have extended the spectral range of the current PL-upconversion apparatus to be operated in infrared. Using the IRPL-upconversion,we study the behavior of carrier cooling of InN film and the relationship between the spacer and lifetime in InAs/GaAs stacked QDs .
We excited InN film of the band gap of 0.74eV with ultrafast Ti:sapphire laser of the wavelength 404nm. We found the phonon emission time by hot carriers of InN is 14fs. The hot carriers release their excess energy to the lattice of 35K with a timescale of 100ps. We observed in InAs/GaAs QDs that the shorter life time for samples with thin spacer is due to tunneling effect.
氮化銦薄膜與砷化銦/砷化鎵量子點螢光光譜
之時間解析研究

目錄
中文摘要..................................................I
英文摘要.................................................II
第一章 導論..............................................01
1-1 InN的發展與歷史..................................03
1-2 多層量子點的研究.................................04
1-3 PL-upconversion的研究............................05
第二章 載子散射..........................................06
2-1 Carrier能量的釋放................................06
2-2 電子平均能量損耗率...............................07
2-3 電洞平均能量損耗率...............................11
2-4 熱載子的冷卻.....................................12
第三章 樣品..............................................13
3-1 InN薄膜..........................................13
3-2 InAs/GaAs量子點................................15
第四章 實驗設置..........................................18
4-1 常見的動態螢光光譜技術...........................18
4-2 Upconversion 簡單理論介紹........................20
4-3 Upconversion實驗架設.............................21
4-4 IR-upconversion量測..............................25
第五章 結果與討論........................................27
5-1 InN薄膜..........................................27
5-2 InAs/GaAs量子點..................................34
第六章 結論..............................................39
參考資料.................................................40




















圖目錄
圖2-1載子在半導體內躍遷之示意圖...............................................................07
圖2-2由晶格震盪所造成能隙微擾之示意圖...................................................08
圖3-1 InN結構圖,在Silicon基板上長AlN及GaN緩衝層.............................14
圖3-2 InN在35K下的 PL,峰值在0.74 eV .....................................................14
圖3-3 ( a ) V-W mode …......……………………………..………...……….....15
圖3-3 (b) S-K mode.......................................................................................15
圖3-4多層量子點生長機制...............................................................................16
圖3-5 InAs/GaAs多層量子點結構圖……….……………….……………....17
圖4-1 Streak Camera……………………………………………...……………18
圖4-2激發-探測系統.........................................................................................19
圖4-3 gating pulse延遲掃取光譜......................................................................21
圖4-4 PL與gating pulse的和頻.........................................................................21
圖4-5 PL-upconversion實驗裝置圖..................................................................22
圖4-6 16ps InN螢光光譜,35K峰值在0.74 eV……………............................24
圖4-7 35K的InN TRPL,能量在0.72eV………..…………………………......24
圖4-8 濾鏡穿透率,能量範圍為InN的能譜範圍………….………………...26




圖4-9 濾鏡校正過後16 ps的InN PL,溫度35K..............................................26
圖5-1 35K的InN之lifetime、risetime與PL………………….………...….....28
圖5-2 35K的InN TRPL…………………………………………………..…..28
圖5-3在35K 0.8ps-10ps InN的PL………………………………………...….29
圖5-4在35K 16ps-160ps InN的螢光光譜…………………………………....29
圖5-5 電子溫度與時間關係…………………………………………….……31
圖5-6 與Ref15冷卻曲線比較…….……………………..………………..…32
圖5-7 35K InAS/GaAs多層量子點 PL與lifetime……..…………………....35
圖5-8 15nm間隔層InAs/GaAs量子點在35K的TRPL……….......................35
圖5-9 20nm間隔層InAs/GaAs量子點在35K的TRPL…………………...…36
圖5-10 30nm間隔層InAs/GaAs量子點在35K的TRPL…………..……...…36
圖5-11較大間隔層的電子(左)、電洞(右)之波函數…………………….…..38
圖5-12較小間隔層的電子(左)、電洞(右)之波函數………………….……..38











表目錄
表1-1 InAs/GaAs量子點生命期的的比較……………………………………04
表3-1 樣品基板、緩衝層、InN薄膜厚度及PL峰質……………………….…13
表3-2 InAs/GaAs多層量子點不同間隔層比較………………………………18
表5-1 InN兩樣品的比較....................................................................................33
1.S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, Jpn. J. Appl.
Phys., Part 2 32, L8 (1993).
2.S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, and Y. Sugimoto, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 35, L74 (1996).
3.S. N. Mohammad and H. Morkoc, Prog. Quantum Electron. 20, 361 (1996).
4.Ashraful Ghani Bhuiyan, Akihiro Hashimoto, and Akio Yamamoto , J. Appl. Phys. 93, 2779 (2003).
5. J. Wu, W. Walukiewicz, K. M. Yu, J. W. Ager III, E. E. Haller, H. Lu, W. J. Schaff, Y. Saito, and Y. Nanishi, Appl. Phys. Lett. 80, 3967 (2002).
6. T. Matsuoka, H. Okamoto, M. Nakao, H. Harima, and E. Kurimoto, Appl. Phys. Lett. 81, 1246 (2002).
7.J. Wu, W. Walukiewicz, W. Shan, K. M. Yu, J. W. Ager III, E. E. Haller, H. Lu, and W. J. Schaff, Phys. Rev. B 66, 201403 (2002).
8.M. Gurioli, S. Sanguinetti, E. Grilli, M. Guzzi ,S. Taddei, A. Vinattieri, M. Colocci, P. Frigeri and S. Franchi, Appl. Phys. Lett. 83.2262 (2003).
9.L. Ya. Karachinsky, S. Pellegrini, G. S. Buller, A. S. Shkolnik, N. Yu. Gordeev, V. P. Evtikhiev and V. B. Novikov, Appl. Phys. Lett. 84, 7 (2004).
10. F. Pulizzi, A. J. Kent, A. Patanè, L. Eaves, and M. Henini, Appl. Phys. Lett. 84, 3046 (2004) .
11.Jagdeep Shah, Ultrafast Spectroscopy of Semiconductor and Semiconductor Nanostructure, Springer (1998).
12. Jagdeep Shah, Semiconductor Probed byUltrafast Laser Spectroscopy volum 1, Springer
13.鍾永賢,2004年中山大學物理系研究所碩士論文。
14.林春松,2003年中山大學物理系研究所碩士論文。
15.Fei Chen, A. N. Cartwright, Hai Lu and William J. Schaff, Appl. Phys. Lett. 83, 4984 (2003) .
16. M. Colocci, A. Vinattieri, L. Lippi, F. Bogani, M. Rosa-Clot, S. Taddei, A. Bosacchi, S. Franchi, and P. Frigeri, Appl. Phys. Lett. 74, 564 (1999)
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