[發明專利]計算變磷組分的GaAs/GaAsP量子阱發射波長的方法

在審

• 申請號: 201511006404.2
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105653852A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 陳亮;何敏游;蘇玲愛;尹琳;徐珍寶;魏來;汪旭輝;楊凱;鄒細勇;石巖;孟彥龍;張淑琴;金尚忠
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及一種量子阱發射波長的計算方法，具體涉及一種計算變磷（P）組分的 GaAs/GaAsP量子阱發射波長的方法，本發明屬于物理電子學領域。

背景技術

隨著金屬有機化合物化學氣相沉淀（MOCVD）、分子束外延（MBE)等超薄外延生長技 術的不斷發展，國際上在半導體方面的研究已由50年代的PN結工程逐步轉向80年代利用量 子阱效應和應變效應工程，這使我們克服了在某些應用方面過去被認為是材料本征缺陷的 困難。國際上從80年代后期開始在這個方面進行了大量研究，并取得了比較好的結果。半導 體量子阱是近30年來半導體物理學最重要的發展之一，也是最活躍的研究領域之一。當超 晶格生長方向周期交替勢阱、勢壘層減薄到可以和電子德布羅意波長或平均自由程相比擬 時，必須考慮量子尺寸效應。勢阱中電子能量狀態量子化，電子運動開始呈現二維特性，從 而形成了量子阱、超晶格的一系列新的物理性質，并開拓了一系列新的固體運用領域。對于 GaAs/InGaAs量子阱結構存在缺點：導帶帶隙較小，工作溫度升高時易產生載流子泄露，從 而導致器件閾值電流變大；激射波長越長，In組分要求就越高，應變就越大，就越容易到達 應變層的臨界厚度，對材料的生長不利。近年來，采用物理和化學等多種方法，在納米半導 體材料制備方面取得了顯著的進展，特別是利用晶格失配材料體系的應變自組裝生長技 術。當研究系統的特征尺寸與電子的平均自由程相比擬或更小時，必須同時考慮電子的波 動和粒子雙重特性，量子力學則成為納米電子學所依賴的物理基礎。納米半導體器件的一 個共同特征是它們至少有一個維度的尺寸在100nm以下，有半島體組成的“小島”，行為類似 于場效應晶體管器件的溝道，“島”被勢壘所包圍，以阻止電子進入“島區”。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題,本發明的目的是能提供一種計算變磷（P） 組分的GaAs/GaAsP量子阱發射波長的方法。提出了計算由GaAs_1-xP_x-GaAs-GaAs_1-xP_x組成的 單量子阱，并利用薛定諤方程、變分法、以及流體力學來計算量子阱的發射波長。本發明主 要應用于在設計激光器時，確定量子阱在不同磷（P）組分處的發射波長，并得到GaAsP中的 磷（P）組分與發射波長的關系圖。

附圖說明

圖1是GaAs/GaAs_1-xP_x單量子阱結構示意圖;

圖2是GaAsP中的磷（P）組分與發射波長的關系圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明專利作進一步說明。

圖1是GaAs/GaAsP單量子阱結構示意圖。基于MBE生長技術，在GaAs襯底上外延生 長GaAsP時，將表面鈍化的GaAs襯底在As環境中進行脫氧處理，因為脫氧的GaAs襯底表面并 不是很平整，有很多小洞，在這樣的表面上直接外延生長量子阱結構不利于獲得高質量的 材料，所以在脫氧的GaAs襯底上先生長厚度約為200nm的GaAs的緩沖層，然后開始生長量子 阱結構：首先生長100nm的GaAsP勢壘層，接著生長8nm的GaAs勢阱層，再生長100nm的GaAsP 勢壘層，最后生長7nm的GaAs帽層，以防止GaAsP層在空氣中被氧化。這樣就獲得了一個 GaAs/GaAsP單量子阱。因為GaAsP的禁帶寬度大于GaAs的禁帶寬度，并且GaAs的禁帶完全落 在GaAsP的禁帶中，所以無論對于電子還是空穴來說，GaAs層都是勢阱，GaAsP層都是勢壘， 電子和空穴完全被限制在GaAs層中運動。圖中的ΔE_C和ΔE_v分別是電子、空穴勢阱的深度， 通常稱為導帶、價帶帶階，并且滿足：

由于當磷的組分x>0.55時，GaAs_1-xP_x為間接帶隙材料，故本發明中x的范圍是0到0.55。 外延生長量子阱時，由于外延層GaAsP材料與GaAs材料的晶格常數不匹配，則在外延層中引 入應變，形成應變量子阱。應變附加的勢能會使帶邊發生移動，改變材料的帶隙能，并使原 來在價帶頂簡并的重空穴和輕空穴退簡并。另外，應變會使得能帶結構發生形變，最重要的 應變效應就是使價帶彎曲，半徑增大，即空穴的有效質量減少。