臺灣博碩士論文加值系統

本論文專注於研究氮化銦鎵之類量子點結構的發光侷限中心之成長與光學特性，以及將之內嵌於不同奈米結構中對於發光激子行為之探討。 為了朝向固態單光子光源以以及量子資訊與量子密碼學的應用目標，成長高品質、高亮度、低密度均勻分散的光源是最重要的任務。我們因此選擇氮化銦鎵-- 目前於發光二極體與雷射工業非常成熟的材料來做成長研究，以成長的角度製作高品質晶體來產生良好的分離激子能階，以期控制單一與雙激子的行為。 也因此，將發光侷限中心成長於不同奈米結構中與了解其對光激子行為之影響是最重要的一環，也是最有趣的部分。 本論文由四個部分組成。首先闡述利用電漿輔助分子束磊晶成長技術製作氮化銦鎵，以及利用電子束微影蝕刻法與奈米求法製作光罩以產生金屬膜，以便於微光致光譜系統中觀察單一量子點與單一發光中心之訊號。 第二部分我們分析於氮化銦鎵量子點中之單一發光中心之多激子發光與其精細結構劈裂。此為文獻中第一次觀察到氮化銦鎵量子點之精細結構劈裂光譜。第三部分我們描述超低密度超細奈米線之成長機制與原理。密度約為每微米平方僅一根奈米線存在且直徑僅為9奈米。此為文獻中最低密度，且最適合做為整合傳統為影術於下世代單光子光源之應用。 第四部分我們成功地將單一氮化銦鎵量子圓盤內嵌於超細奈米線中。其結構與光學特性做了完整詳細的研究後發現，比傳統的Stranski-Krastanow (SK) 量子點具有更好的發光特性。

1. Introduction
1.1 Single photon source
1.2 The motivation of InGaN/GaN QD in-a-wire grown by MBE as a single photon source
1.3 Growth of GaN nanowire by MBE
1.4 Fine structural splitting in a quantum dot or LC
2. Experimental Setup
3. Growth of InGaN/GaN quantum dot with molecular beam epitaxy
3.1 Growth of InGaN thin film
3.2 Growth of InGaN/GaN quantum dot-like structure
3.3 Isolation of single LC
2.3 Wet etching for the production of GaN pyramid with KOH solution
3.4 Optical properties of single LC
4. Fine structure splitting of exciton states
4.1 Fine structure splitting observed with unconventional geometry
4.2 Exciton and biexciton emissions
4.3 Result and discussion of the fine structure splitting
5. Origin and growth mechanism of ultra-low density GaN nanowires
5.1 Growth and haracterization of the structure
5.2 Mechanism for the formation of the wires during the growth
5.3 Evidences for the mechanism
5.4. Results and discussions
6. InGaN/GaN QD in-a-wire
6.1 The advantages of quantum disk in-a-wire
6.2 Experiments- the growth of nanowires and QD in-a-wire
6.3 Structural and optical characterization
Conclusion
Publication List
Reference

1. Chen, H. Y.; Lin, H. W.; Shen, C. H.; Gwo, S. Applied Physics Letters 2006, 89, (24).
2. Kako, S.; Santori, C.; Hoshino, K.; Gotzinger, S.; Yamamoto, Y.; Arakawa, Y. Nature Materials 2006, 5, (11), 887-892.
3. Calarco, R.; Meijers, R. J.; Debnath, R. K.; Stoica, T.; Sutter, E.; Luth, H. Nano Letters 2007, 7, (8), 2248-2251.
4. Rodina, A. V.; Dietrich, M.; Goldner, A.; Eckey, L.; Hoffmann, A.; Efros, A. L.; Rosen, M.; Meyer, B. K. Physical Review B 2001, 64, (11).
5. Beveratos, A.; Brouri, R.; Gacoin, T.; Villing, A.; Poizat, J. P.; Grangier, P. Physical Review Letters 2002, 89, (18).
6. Babinec, T. M.; Hausmann, B. J. M.; Khan, M.; Zhang, Y. A.; Maze, J. R.; Hemmer, P. R.; Loncar, M. Nature Nanotechnology 2010, 5, (3), 195-199.
7. Hogele, A.; Galland, C.; Winger, M.; Imamoglu, A. Physical Review Letters 2008, 100, (21).
8. Lounis, B.; Moerner, W. E. Nature 2000, 407, (6803), 491-493.
9. Aichele, T.; Tribu, A.; Sallen, G.; Bocquel, J.; Bellet-Amalric, E.; Bougerol, C.; Poizat, J. P.; Kheng, K.; Andre, R.; Tatarenko, S.; Mariette, H. Journal of Crystal Growth 2009, 311, (7), 2123-2127.
10. Claudon, J.; Bleuse, J.; Malik, N. S.; Bazin, M.; Jaffrennou, P.; Gregersen, N.; Sauvan, C.; Lalanne, P.; Gerard, J. M. Nature Photonics 2010, 4, (3), 174-177.
11. Schomig, H.; Halm, S.; Forchel, A.; Bacher, G.; Off, J.; Scholz, F. Physical Review Letters 2004, 92, (10).
12. Senes, M.; Smith, K. L.; Smeeton, T. M.; Hooper, S. E.; Heffernan, J. Physical Review B 2007, 75, (4).
13. Jarjour, A. F.; Oliver, R. A.; Tahraoui, A.; Kappers, M. J.; Humphreys, C. J.; Taylor, R. A. Physical Review Letters 2007, 99, (19).
14. Krestnikov, I. L.; Ledentsov, N. N.; Hoffmann, A.; Bimberg, D.; Sakharov, A. V.; Lundin, W. V.; Tsatsul'nikov, A. F.; Usikov, A. S.; Alferov, Z. I.; Musikhin, Y. G.; Gerthsen, D. Physical Review B 2002, 66, (15).
15. Widmann, F.; Simon, J.; Daudin, B.; Feuillet, G.; Rouviere, J. L.; Pelekanos, N. T.; Fishman, G. Physical Review B 1998, 58, (24), 15989-15992.
16. Tachibana, K.; Someya, T.; Arakawa, Y. Applied Physics Letters 1999, 74, (3), 383-385.
17. Chang, Y. L.; Wang, J. L.; Li, F.; Mi, Z. Applied Physics Letters 2010, 96, (1).
18. Chichibu, S. F.; Uedono, A.; Onuma, T.; Haskell, B. A.; Chakraborty, A.; Koyama, T.; Fini, P. T.; Keller, S.; Denbaars, S. P.; Speck, J. S.; Mishra, U. K.; Nakamura, S.; Yamaguchi, S.; Kamiyama, S.; Amano, H.; Akasaki, I.; Han, J.; Sota, T. Nature Materials 2006, 5, (10), 810-816.
19. Yoshizawa, M.; Kikuchi, A.; Fujita, N.; Kushi, K.; Sasamoto, H.; Kishino, K. Journal of Crystal Growth 1998, 189, 138-141.
20. Ristic, J.; Calleja, E.; Trampert, A.; Fernandez-Garrido, S.; Rivera, C.; Jahn, U.; Ploog, K. H. Physical Review Letters 2005, 94, (14).
21. Renard, J.; Songmuang, R.; Bougerol, C.; Daudin, B.; Gayral, B. Nano Letters 2008, 8, (7), 2092-2096.
22. Bardoux, R.; Kaneta, A.; Funato, M.; Kawakami, Y.; Kikuchi, A.; Kishino, K. Physical Review B 2009, 79, (15).
23. Bertness, K. A.; Roshko, A.; Sanford, N. A.; Barker, J. M.; Davydov, A. Journal of Crystal Growth 2006, 287, (2), 522-527.
24. Holmes, M. J.; Park, Y. S.; Wang, X.; Chan, C. C. S.; Reid, B. P. L.; Kim, H.; Taylor, R. A.; Warner, J. H.; Luo, J. Applied Physics Letters 2011, 98, (25).
25. Chan, J. A.; Liu, J. Z.; Zunger, A. Physical Review B 2010, 82, (4).
26. Debnath, R. K.; Meijers, R.; Richter, T.; Stoica, T.; Calarco, R.; Luth, H. Applied Physics Letters 2007, 90, (12).
27. Sekiguchi, H.; Kishino, K.; Kikuchi, A. Applied Physics Letters 2010, 96, (23).
28. Lu, Y. J.; Lin, H. W.; Chen, H. Y.; Yang, Y. C.; Gwo, S. Applied Physics Letters 2011, 98, (23).
29. Lefebvre, P.; Fernandez-Garrido, S.; Grandal, J.; Ristic, J.; Sanchez-Garcia, M. A.; Calleja, E. Applied Physics Letters 2011, 98, (8).
30. Nguyen, H. P. T.; Zhang, S.; Cui, K.; Han, X.; Fathololoumi, S.; Couillard, M.; Botton, G. A.; Mi, Z. Nano Letters 2011, 11, (5), 1919-1924.
31. Guo, W. G. W.; Zhang, M.; Bhattacharya, P.; Heo, J. Nano Letters 2011, 11, (4), 1434-1438.
32. Schumann, T.; Gotschke, T.; Limbach, F.; Stoica, T.; Calarco, R. Nanotechnology 2011, 22, (9).
33. Kouno, T.; Kishino, K.; Kikuchi, A. Phys. Status Solidi A-Appl. Mat. 2010, 207, (1), 37-40.
34. Ishizawa, S.; Kishino, K.; Kikuchi, A. Appl. Phys. Express 2008, 1, (1).
35. Gotschke, T.; Schumann, T.; Limbach, F.; Stoica, T.; Calarco, R. Applied Physics Letters 2011, 98, (10).
36. Ristic, J.; Calleja, E.; Fernandez-Garrido, S.; Cerutti, L.; Trampert, A.; Jahn, U.; Ploog, K. H. Journal of Crystal Growth 2008, 310, (18), 4035-4045.
37. Galopin, E.; Largeau, L.; Patriarche, G.; Travers, L.; Glas, F.; Harmand, J. C. Nanotechnology 2011, 22, (24).
38. Cheze, C.; Geelhaar, L.; Trampert, A.; Riechert, H. Applied Physics Letters 2010, 97, (4).
39. Consonni, V.; Knelangen, M.; Geelhaar, L.; Trampert, A.; Riechert, H. Physical Review B 2010, 81, (8).
40. Landre, O.; Bougerol, C.; Renevier, H.; Daudin, B. Nanotechnology 2009, 20, (41).
41. Consonni, V.; Knelangen, M.; Trampert, A.; Geelhaar, L.; Riechert, H. Applied Physics Letters 2011, 98, (7).
42. Stoica, T.; Sutter, E.; Meijers, R. J.; Debnath, R. K.; Calarco, R.; Luth, H.; Grutzmacher, D. Small 2008, 4, (6), 751-754.
43. Peng, C. Z.; Yang, T.; Bao, X. H.; Zhang, J.; Jin, X. M.; Feng, F. Y.; Yang, B.; Yang, J.; Yin, J.; Zhang, Q.; Li, N.; Tian, B. L.; Pan, J. W. Physical Review Letters 2005, 94, (15).
44. Kurtsiefer, C.; Zarda, P.; Halder, M.; Weinfurter, H.; Gorman, P. M.; Tapster, P. R.; Rarity, J. G. Nature 2002, 419, (6906), 450-450.
45. Loss, D.; DiVincenzo, D. P. Physical Review A 1998, 57, (1), 120-126.
46. Michler, P.; Kiraz, A.; Becher, C.; Schoenfeld, W. V.; Petroff, P. M.; Zhang, L. D.; Hu, E.; Imamoglu, A. Science 2000, 290, (5500), 2282-+.
47. Michler, P.; Imamoglu, A.; Mason, M. D.; Carson, P. J.; Strouse, G. F.; Buratto, S. K. Nature 2000, 406, (6799), 968-970.
48. Monroe, C. Nature 2002, 416, (6877), 238-246.
49. Santori, C.; Pelton, M.; Solomon, G.; Dale, Y.; Yamamoto, E. Physical Review Letters 2001, 86, (8), 1502-1505.
50. Tronc, P.; Zhuravlev, K. S.; Mansurov, V. G.; Karavaev, G. F.; Grinyaev, S. N.; Milosevic, I.; Damnjanovic, M. Physical Review B 2008, 77, (16).
51. Karlsson, K. F.; Dupertuis, M. A.; Oberli, D. Y.; Pelucchi, E.; Rudra, A.; Holtz, P. O.; Kapon, E. Physical Review B 2010, 81, (16).
52. Gammon, D.; Snow, E. S.; Shanabrook, B. V.; Katzer, D. S.; Park, D. Physical Review Letters 1996, 76, (16), 3005-3008.
53. Bardoux, R.; Guillet, T.; Gil, B.; Lefebvre, P.; Bretagnon, T.; Taliercio, T.; Rousset, S.; Semond, F. Physical Review B 2008, 77, (23).
54. Kindel, C.; Kako, S.; Kawano, T.; Oishi, H.; Arakawa, Y.; Honig, G.; Winkelnkemper, M.; Schliwa, A.; Hoffmann, A.; Bimberg, D. Physical Review B 2010, 81, (24).
55. Simeonov, D.; Dussaigne, A.; Butte, R.; Grandjean, N. Physical Review B 2008, 77, (7).
56. Krysko, M.; Franssen, G.; Suski, T.; Albrecht, M.; Lucznik, B.; Grzegory, I.; Krukowski, S.; Czernecki, R.; Grzanka, S.; Makarowa, I.; Leszczynski, M.; Perlin, P. Applied Physics Letters 2007, 91, (21).
57. Brunner, K.; Abstreiter, G.; Bohm, G.; Trankle, G.; Weimann, G. Physical Review Letters 1994, 73, (8), 1138-1141.
58. Sebald, K.; Lohmeyer, H.; Gutowski, J.; Yamaguchi, T.; Hommel, D. Phys. Status Solidi B-Basic Solid State Phys. 2006, 243, (7), 1661-1664.
59. Seguin, R.; Rodt, S.; Strittmatter, A.; Reissmann, L.; Bartel, T.; Hoffmann, A.; Bimberg, D.; Hahn, E.; Gerthsen, D. Applied Physics Letters 2004, 84, (20), 4023-4025.
60. Finley, J. J.; Mowbray, D. J.; Skolnick, M. S.; Ashmore, A. D.; Baker, C.; Monte, A. F. G.; Hopkinson, M. Physical Review B 2002, 66, (15).
61. Paskov, P. P.; Paskova, T.; Holtz, P. O.; Monemar, B. Physical Review B 2001, 64, (11).
62. Zhu, Q.; Karlsson, K. F.; Pelucchi, E.; Kapon, E. Nano Letters 2007, 7, (8), 2227-2233.
63. Takagahara, T. Physical Review B 1993, 47, (8), 4569-4585.
64. Carnevale, S. D.; Yang, J.; Phillips, P. J.; Mills, M. J.; Myers, R. C. Nano Letters 2011, 11, (2), 866-871.
65. Holmes, M. J.; Park, Y. S.; Warner, J. H.; Taylor, R. A. Applied Physics Letters 2009, 95, (18).
66. Chen, C. C.; Yeh, C. C.; Chen, C. H.; Yu, M. Y.; Liu, H. L.; Wu, J. J.; Chen, K. H.; Chen, L. C.; Peng, J. Y.; Chen, Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, (12), 2791-2798.
67. Cheze, C.; Geelhaar, L.; Brandt, O.; Weber, W. M.; Riechert, H.; Munch, S.; Rothemund, R.; Reitzenstein, S.; Forchel, A.; Kehagias, T.; Komninou, P.; Dimitrakopulos, G. P.; Karakostas, T. Nano Research 2010, 3, (7), 528-536.
68. Moriwaki, O.; Someya, T.; Tachibana, K.; Ishida, S.; Arakawa, Y. Applied Physics Letters 2000, 76, (17), 2361-2363.
69. Sekiguchi, H.; Nakazato, T.; Kikuchi, A.; Kishino, K. Journal of Crystal Growth 2007, 300, (1), 259-262.
70. Reshchikov, M. A.; Morkoc, H. Journal of Applied Physics 2005, 97, (6).
71. Bennett, C. H. Physical Review Letters 1992, 68, (21), 3121-3124.
72. Hsu, C. W.; Lundskog, A.; Karlsson, K. F.; Forsberg, U.; Janzen, E.; Holtz, P. O. Nano Letters 2011, 11, (6), 2415-2418.
73. Kalden, J.; Tessarek, C.; Sebald, K.; Figge, S.; Kruse, C.; Hommel, D.; Gutowski, J. Nanotechnology 2010, 21, (1).