[發(fā)明專利]一種CdTe/PbTe異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310237234.3
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103413827A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳惠楨;蔡春鋒;金樹強;張兵坡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L31/072
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 唐銀益

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種CdTe/PbTe異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

PbTe/CdTe體系作為罕見的結(jié)構(gòu)失配的新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)受到人們的關(guān)注。窄帶隙IV-VI族半導體材料PbTe具有NaCl晶格結(jié)構(gòu),?帶隙在倒空間的L點；而II-VI族材料CdTe具有閃鋅礦晶格結(jié)構(gòu)，帶隙在倒空間的Γ點，這兩種材料具有共同的陰離子Te，它們按不同的生長取向([100]、[110]、[111])結(jié)合得到的異質(zhì)結(jié)具有不同的界面特性。PbTe是制備電子器件和光電子器件例如中紅外波段激光器和探測器、太陽電池的理想材料，并在民用、航空航天和國防等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。人們將[100]取向的CdTe/PbTe/CdTe量子阱退火得到了以(100)、(110)、(111)為界面的嵌入式菱方八面體形PbTe量子點，大大提高了PbTe的熒光效率。相對于量子點的CdTe/PbTe?(111)界面，外延生長的PbTe/CdTe(111)界面具有完全不同的結(jié)構(gòu)，并且PbTe和CdTe都具有(111)極性原子面，在外延薄膜很薄的時候，內(nèi)建的極化電場可以改變薄膜的物理特性。這種由極化電場帶來的薄膜物理特性的改變在PbTe光電器件中能起到提高量子效率的關(guān)鍵作用，有望研制成功低閾值電流、高工作溫度的新型中紅外光電器件。另外，由于Pb、Te等重元素的存在，由PbTe/CdTe異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的低維結(jié)構(gòu)中具有較大的自旋軌道耦合分裂能，在自旋電子器件方面的應(yīng)用具有較大前景。為此，論文從理論和實驗兩方面開展了關(guān)于PbTe/CdTe新型異質(zhì)體系及其低維結(jié)構(gòu)的物理特性的研究工作。

發(fā)現(xiàn)由于PbTe中Pb²⁺離子s²孤立電子對的的作用，使得PbTe在界面附近嚴重扭曲變形，失去了完整的NaCl結(jié)構(gòu)，同時具有了較大的金屬性。CdTe中強烈的極化電場將界面附近一部分CdTe導帶下拉到費米能級以下，Pb、Cd、Te原子的部分離子化貢獻出一部分自由電子，在界面附近形成了二維電子氣(2DEG)，計算得到的濃度可達6.0×10¹³?cm^-2。我們對該體系進行霍爾效應(yīng)測試得到的體電子濃度最高為6×10¹⁹?cm^-3，且隨著CdTe厚度的增大而迅速降低。常溫時，電子遷移率為300-400?cm²/Vs，在77?K下，遷移率高達6700?cm²/Vs，而且載流子濃度幾乎沒有變化，能在如此高的電子濃度下保持這么高的電子遷移率在其他材料體系中是很罕見的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對PbTe/CdTe體系的研究發(fā)明，在CdTe/PbTe極性界面發(fā)現(xiàn)了高電子密度的二維電子氣，二維電子氣在光電子器件、電子器件、太陽電池中都有極其重要的應(yīng)用。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

本發(fā)明是一種CdTe/PbTe異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣結(jié)構(gòu)，所述的二維電子氣結(jié)構(gòu)是CdTe沿其晶體的極性面（111），（100）和（211）生長在PbTe表面上或PbTe生長在CdTe晶體的極性面（111），（100）和（211）上，其界面由于電荷轉(zhuǎn)移形成高濃度二維電子氣。

作為進一步的改進，本發(fā)明所述的二維電子氣的電子濃度高于1×10¹⁸?cm^-3，而且載流子具有高的遷移率。

作為進一步的改進，本發(fā)明所述的CdTe/PbTe界面二維電子氣的實現(xiàn)方式可以是分子束外延（MBE）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）或熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)或近距離升華（Close?Space?Sublimation）或磁控濺射。

本發(fā)明公開了一種CdTe/PbTe異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方法，所述的二維電子氣結(jié)構(gòu)所形成的二維電子氣可應(yīng)用于光電子器件、電子器件和太陽電池。

作為進一步的改進，本發(fā)明所述的二維電子氣可以應(yīng)用于高電子遷移率晶體管（HEMT）。

作為進一步的改進，本發(fā)明所述的太陽電池包括CdTe太陽電池，CdS太陽電池、CuInGaSe太陽電池和CuZnSnSe太陽電池。

作為進一步的改進，本發(fā)明所述的二維電子氣可以與入射的光子耦合形成表面等離子，對窄帶隙半導體發(fā)光產(chǎn)生作用。