โฟโตลูมิเนสเซนส์ของโครงสร้างนาโนแกลเลียมอาร์เซไนด์บิสไมด์ควอนตัมริง

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้นำเสนอการปลูกโครงสร้างนาโน GaAsBi ควอนตัมริงบนแผ่นฐาน GaAs ด้วยระบบเอพิแทกซีลำโมเลกุล (MBE) ชิ้นงานถูกศึกษาสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และ สมบัติเชิงแสงด้วยโฟโตลูมิเนสเซนส์สเปกโทรสโกปี (PL) โครงสร้างนาโนควอนตัมริงถูกปลูกโดยใช้เทคนิคดรอพเล็ทเอพิแทกซี (Droplet Epitaxy) หยด GaBi ถูกปล่อยลงบนแผ่นฐาน GaAs ในอัตราส่วน Ga:Bi 0.95:0.05, 0.90:0.10 และ 0.85:0.15 ตามลำดับ หยดโลหะถูกขึ้นรูปผลึกภายใต้ความดันไอของ As เพื่อเปลี่ยนหยดโลหะให้เป็นโครงสร้างนาโน GaAsBi ควอนตัมริง ปัจจัยที่สำคัญในการเกิดโครงสร้างนาโนควอนตัมริง คือ ความหนาของหยด GaBi, อุณหภูมิของแผ่นฐานในขณะปล่อยหยดโลหะ, และความดันไอของ As กล่าวคือ ความหนาของหยด GaBi ต้องมากกว่า 5 ML เพื่อขนาดโครงสร้างนาโนควอนตัมริงที่เหมาะสม เส้นผ่านศูนย์กลางของควอนตัมริงปลูกที่อุณหภูมิ 225°C มีขนาดน้อยกว่าที่อุณหภูมิ 300°C เนื่องจาก หยด GaBi สามารถแพร่ออกจากจุดศูนย์กลางของหยดได้น้อยกว่าที่อุณหภูมิปลูกต่ำ ความดันไอของ As ต้องมากพอและถูกปล่อยอย่างรวดเร็วขณะทำกระบวนการตกผลึก โครงสร้างนาโนควอนตัมริง และควอนตัมดอท สามารถเกิดได้ด้วยกระบวนการตกผลึกที่ช้าและเร็ว ตามลำดับ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของแหล่งกำเนิดไอ As งานวิจัยนี้จึงจำกัดขอบเขตเฉพาะโครงสร้างนาโนควอนตัมริงเท่านั้น

โฟโตลูมิเนสเซนส์ของโครงสร้างนาโน GaAsBi ควอนตัมริงกลบทับด้วย GaAs ซึ่งปลูกที่อุณหภูมิสูง (500°C) และอุณหภูมิต่ำ (300°C) ถูกศึกษา สำหรับการกลบทับที่อุณหภูมิสูง ชิ้นงานแสดงการเปล่งแสงที่เด่นชัดของ LT-GaAs เท่านั้น อันเป็นผลเนื่องมาจากการอบขณะที่ปลูกชั้นกลบทับ สำหรับการกลบทับที่อุณหภูมิต่ำ ชิ้นงานแสดงการเปล่งแสงช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ของโครงสร้างนาโน GaAsBi ควอนตัมริง อย่างไรก็ตาม ชิ้นงานมีความเข้มของแสงต่ำเนื่องจากความเป็นผลึกของชั้นกลบทับที่ต่ำ