多層量子井氮化鎵薄膜的X光吸收精細結構研究

Abstract

本論文的主旨在研究III族氮化物薄膜（GaN）和多層量子井結構的光激冷光（luminescence）的特性。在此研究中，我們先利用波長325nm的氦鎘雷射光去激發樣品，得知外層電子的能帶結構。我們發現樣品之光激冷光譜與薄膜、基板、空氣三者所構成的微共振腔耦合，而呈現規則震盪。此發現顯示：可藉由進一步的結構設計，來增強或控制其冷光特性。 其次藉由同步輻射X光吸收精細結構能譜(X-ray absorption fine structure spectrum)以及X光激冷光光譜(X-ray excited optical luminescence)的分析，我們運用同步輻射可調變光源波長之特性，針對波長為氮的K-edge（401.6 eV）、鎵的L-edge（LI-edge、LII-edge、LIII-edge分別是1297.7eV、1142.4 eV、1115.4 eV）、鎵的K-edge（10367.1 eV）附近，進行一系列實驗來釐清光激冷光機制與鍵結結構之關聯性。 在波長為氮的K-edge附近，光激冷光的發光效益是減少的。可能是由於入射的同步輻射光能量範圍在氮的K-edge附近與所有樣品的厚度之間產生有效厚度（effective thickness）的關係，而使得光激冷光的效益（photoluminescence yield）在氮的K-edge附近出現往下的躍遷。 而在鎵的L-edge附近，我們發現所有銦氮化鎵的圖形都相當一致，但是與氮化鎵的圖形卻是大為不同，說明在銦氮化鎵薄膜和多層量子井結構的光激冷光，可能有同一種主要發光機制，這可能是量子點發光的間接證據。其次，在摻雜矽的氮化鎵樣品中，我們發現在鎵的LIII-edge附近，光激冷光是增強的。我們認為這可能是，入射的同步輻射光能量在鎵的LIII-edge附近與摻雜矽的氮化鎵樣品厚度的關係，使得其在鎵的LIII-edge附近的發光效益是往上躍遷的。