此論文使用Upconversion去作出時間解析光致螢光光譜來研究不同溫度下，使用不同激發強度的雷射來探討純氮化銦與參雜不同濃度矽之氮化銦的生命週期。比較兩種非線性晶體BBO與KTA的差異，並且說明BBO晶體的切割方向校正並以其推測樣品訊號位置，最後把BBO晶體換上KTA晶體。做出樣品生命週期圖後，發現高溫時，樣品生命週期變得必須用兩組衰退時間表示，且衰退時間會隨著溫度上升及激發雷射強度變大而變短。利用文獻的結論，當溫度越高，歐傑結合衰退率及SRH係數皆會升高等等來說明實驗得到的結果，此外，樣品間衰退時間的差異可從總載子數去作解釋。

This thesis doing time resolved photoluminescence to study lifetime of Indium Nitride(InN) and Silicon doping Indium Nitride(Si:InN) in different temperature by using upconversion. We compare with nonlinear crystal BBO and KTA. Then, we explain how to correct the cutting angle of the BBO crystal. Finally, we illustrate the method to replace BBO with KTA.
In the beginning, we try to find the max intensity energy position of sample photoluminescence. We use our result to compare the result of reference, then we can check the optical properties of the samples are not change.
Next, we do the time resolved photoluminescence to get the lifetime of samples. We use exponential decay to fit the lifetime, but the fitting result show two decay time in high temperature. The other result show the decay time decrease with excitation intensity and temperature increase.
We check the result of reference to explain the phenomenon which we get from experiment. Because of SRH decay rate and Auger decay rate will be increase in high temperature. That is the reason why decay time be short and get two decay time by fitting sample lifetime and decay time decrease with excitation intensity and temperature increase. By the way, the decay time between the different sample can be used the carrier density to explain.

目錄
論文審定書 i
致謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
第一章 導論 1
1.1 文獻探討 1
1.2 論文架構 3
第二章 實驗原理與架構 5
2.1 非線性光學原理,, 5
2.2 Upconversion原理 6
2.3 實驗架構 11
第三章 載子動力學 15
3.1 導電帶載子釋放能量機制1 15
3.2 載子覆合機制 16
3.3 載子衰退率計算,, 18
3.4 光生載子濃度計算 21
第四章 實驗分析與討論 23
4.1 樣品簡介與霍爾量測 23
4.2 光致螢光光譜 25
4.3 非線性晶體BBO與KTA光路架設切換 33
4.4 生命週期分析 35
第五章 結論 55
參考文獻 56


圖目錄
圖2.1 三道光沿同一方向，且定義角度θ和ϕ 8
圖2.2 和頻光示意圖 9
圖2.3 BBO晶體中PL波長、和頻光波長、相位匹配角關係圖 10
圖2.4 KTA晶體中PL波長與相位匹配角關係圖 11
圖2.5 和頻光時間解析頻譜示意圖 11
圖2.6 雷射脈衝與重覆率示意圖 12
圖2.7 實驗裝置光路架設示意圖 12
圖2.8 不同波長對應的濾波片穿透率 14
圖2.9 光電倍增管內部構造 14

圖3.1 載子在半導體內躍遷示意圖 16
圖3.2 載子結合機制示意圖 18
圖3.3 雷射光腰與雷射橢圓面積示意圖 21

圖4. 1 樣品成長示意圖 23
圖4. 2 氮化銦參雜矽溫度與遷移率和載子濃度關係圖 24
圖4. 3 M8059在40k下功率100mW的光致螢光光譜 26
圖4. 4 M8059變溫光致螢光光譜 26
圖4.5 M8053在45k下功率100mW的光致螢光光譜 27
圖4.6 M8053變溫光致螢光光譜 28
圖4.7 M8057在40k下功率100mW的光致螢光光譜 28
圖4.8 M8057變溫光致螢光光譜 29
圖4.9 M8056在40k下功率100mW的光致螢光光譜 29
圖4.10 M8056變溫光致螢光光譜 30
圖4.11 M8056在40K下有無濾波片光致螢光光譜對照圖 30
圖4.12 M8056 光致螢光與808nm雷射和頻光在40K下能量與強度關係圖 31
圖4.13 四個樣品背景載子濃度與PL峰值能量位置圖 32
圖4.14 在40K下，100mW激發樣品後使用兩種非線性晶體和頻訊號大小比較圖 33
圖4.15 三塊BBO晶體相位匹配角推算轉動平台角度與PL波長對應圖 34
圖4.16 M8059在40K下不同激發功率的TRPL 36
圖4.17 M8059在90K下不同激發功率的TRPL 36
圖4. 18 M8059在140K下不同激發功率的TRPL 37
圖4. 19 M8053在40K下不同激發功率的TRPL 37
圖4. 20 M8053在90K下不同激發功率的TRPL 38
圖4. 21 M8053在140K下不同激發功率的TRPL 38
圖4. 22 M8053在190K下不同激發功率的TRPL 39
圖4. 23 M8057在40K下不同激發功率的TRPL 39
圖4. 24 M8056在40K下不同激發功率的TRPL 40
圖4. 25 M8056在90K下不同激發功率的TRPL 40
圖4.26 M8056在140K下不同激發功率的TRPL 41
圖4.27 M8056在190K下不同激發功率的TRPL 41
圖4.28 M8059在40K下使用不同激發功率的衰減時間 42
圖4.29 8059在90K下使用不同激發功率的衰減時間 43
圖4.30 M8059在140K下使用不同激發功率的衰減時間 43
圖4.31 M8053在40K下使用不同激發功率的衰減時間 44
圖4.32 M8053在90K下使用不同激發功率的衰減時間 45
圖4.33 M8053在140K下使用不同激發功率的衰減時間 45
圖4.34 M8053在190K下使用不同激發功率的衰減時間 46
圖4.35 M8057在40K下使用不同激發功率的衰減時間 47
圖4.36 M8056在40K下使用不同激發功率的衰減時間表 47
圖4.37 M8056在90K下使用不同激發功率的衰減時間表 48
圖4.38 M8056在140K下使用不同激發功率的衰減時間 49
圖4.39 M8056在190K下使用不同激發功率的衰減時間 49
圖4.40 氮化銦的本質載子濃度為8.8×1018cm-3樣品A與4.4×1018 cm-3樣品B的衰退率關係圖，插圖為SRH係數與溫度關係圖 51
圖4.41 兩種氮化銦樣品的歐傑結合衰退率、發光輻射結合率與載子數關係圖10，上方插圖為歐傑結合係數C與溫度關係，下方插圖為歐傑結合衰退率與光生載子濃度關係 52
圖4.42 在40K下，三種樣品的激發強度與衰退時間關係圖 53
圖4.43 在激發強度100mW下，三種樣品的溫度與衰退時間τfast關係圖 53

表目錄
表1. 1 文獻數據整理 3

表2. 1 BBO晶體參數 9
表2. 2 KTA晶體參數 10

表4. 1 樣品霍爾量測資料由杜立偉教授實驗室提供 23
表4. 2 樣品應力計算結果28 25
表4.3 比較實驗與文獻得到的樣品低溫螢光位置 32
表4.4 M8059在40K下使用不同激發功率的衰減時間表 42
表4.5 M8059在90K下使用不同激發功率的衰減時間表 43
表4.6 M8059在140K下使用不同激發功率的衰減時間表 44
表4.7 M8053在40K下使用不同激發功率的衰減時間表 44
表4.8 M8053在90K下使用不同激發功率的衰減時間表 45
表4.9 M8053在140K下使用不同激發功率的衰減時間表 46
表4.10 M8053在190K下使用不同激發功率的衰減時間表 46
表4.11 M8057在40K下使用不同激發功率的衰減時間表 47
表4.12 M8056在40K下使用不同激發功率的衰減時間表 48
表4.13 M8056在90K下使用不同激發功率的衰減時間表 48
表4.14 M8056在140K下使用不同激發功率的衰減時間表 49
表4.15 M8056在190K下使用不同激發功率的衰減時間表 50
表4.16 在40K下各樣品使用100mW激發的生命週期與載子關係表 51

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