[發明專利]用光致激發在非摻雜量子阱中產生帶電激子的方法及裝置

無效

• 申請號: 200910020719.0
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101539519A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 冀子武;鄭雨軍;趙雪琴;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G02B5/04;H01L21/205
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種帶電激子的生成方法及裝置，特別涉及一種用光致激發在非摻雜量子阱中產生帶電激子的方法及裝置。

背景技術

硒化鋅(ZnSe)和碲化鈹(BeTe)都是重要的寬禁帶化合物半導體，具有較強的離子性和大的結合能。由二者組成的硒化鋅/碲化鈹(ZnSe/BeTe)異質結構有很好的結構質量，有低的位錯密度和點缺陷，其界面處的晶格失配小于0.5％。ZnSe/BeTe具有一個II型能帶結構，使得ZnSe層中受激產生的電子和空穴發生空間分離，并能在ZnSe層中形成二維電子氣從而導致帶電激子的出現。這些特點使得ZnSe/BeTe?II型量子阱(或超晶格)結構成為研究凝聚態現象的很好的候選材料。

帶電激子是凝聚現象的重要形態之一，是理解有意摻雜或無意摻雜結構中涉及自旋態的許多光學過程的重要課題。根據公開的帶電激子的生成方法主要有在I型量子阱中通過結構摻雜、無意摻雜結構中的雜質和缺陷以及隧穿粒子注入等。美國學術期刊雜志《PhysicalReview?B》(2002年，第65卷，第115310頁，“Optical?method?for?the?determination?of?carrierdensity?in?modulation-doped?quantum?wells”)公開了結構摻雜方法生成帶電激子的制備方法(G.V.Astakhov，et?al.，65(2002)115310)，但這些雜質離子不僅影響晶體的結構質量還將導致能帶結構的變形甚至對量子阱造成影響，同時也因摻雜而使得生長工藝復雜化；另外美國學術期刊雜志《Physical?Review?B》(1996年，第54卷，第10609頁，“Exciton?and?trion?spectral?lineshape?in?the?presence?of?an?electron?gas?in?GaAs/AlAs?quantum?wells”)公開了隧穿粒子注入方法生成帶電激子的制備方法(A.Manassen，et?al.，54(1996)10609)，但由于隧穿粒子注入受勢壘層的反射及勢壘層中各種缺陷的影響，使帶電激子的形成效率受到影響，并且還必須同時使用兩個激發光源。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷和不足，本發明提出了一種用光致激發在非摻雜量子阱中產生帶電激子的方法及裝置。

一種用光致激發在非摻雜量子阱中產生帶電激子的方法，步驟如下：

1.將硒化鋅/碲化鈹(ZnSe/BeTe)樣品裁剪成長方形晶片，對其表面用丙酮溶液去污、超純凈水沖洗、高純氮氣吹干后，再將樣品粘貼在圓形銅片上；

2.將粘貼有硒化鋅/碲化鈹樣品的銅片固定在樣品支架上，然后放置于盛有低溫液體氦(He)的光低溫恒溫器中；光低溫恒溫器與抽氣機相連，樣品旁裝有加熱絲及溫度探測裝置；通過單獨調節抽氣機的抽速或加熱絲中的電流，將樣品的溫度控制在約1～150K之間；

3.將能量為2.8～4.0eV、激發密度為0.001～200W/cm²的激光束垂直投射在樣品的上表面上；

4.樣品產生的熒光經凸透鏡會聚后可經由光纖輸出至光譜儀；

5.經光譜儀分光后，由CCD檢測器得到帶電激子的熒光光譜。

所述步驟1中的硒化鋅/碲化鈹(ZnSe/BeTe)樣品結構可以是單量子阱，也可以是多量子阱或者是超晶格結構。

所述步驟1中的硒化鋅/碲化鈹(ZnSe/BeTe)樣品中ZnSe量子阱的厚度約為10～80ML。

ML是英文字monolayer的縮寫，即分子層。對于BeTe或者ZnSe，1ML約為0.28nm。

上述方法中盛有液體氦的光低溫恒溫器內的溫度要想達到4.2K之下時需通過抽氣機抽氣進行調節；溫度在4.2K之上時需通過調節加熱絲中的電流來控制溫度。

本發明所用樣品ZnSe/BeTe是采用GaAs作為襯底，用分子束外延(MBE)的方法生長而成的，下面是該樣品的制備方法。

一種用分子束外延工藝制備II型量子阱的方法，步驟如下：

1、將(001)取向的砷化鎵(GaAs)襯底用銦(In)固定在鉬(Mo)樣品托上；

2、通液氮冷卻生長室，在確認III-V族生長室真空度為1×10-10Torr以下后，通過磁力傳送桿把樣品傳送到III-V族生長室里；將樣品托、裝有As固體源的K-cell容器和裝有Ga固體源的K-cell容器加熱升溫，使之達到設定的溫度分別為300℃、100℃和750℃；