| 量子阱器件的发展及其应用 |
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摘 要：半导体量子阱材料的发展，极大地拓宽了光电材料的范围，而量子阱材料本身也被广泛应用于制作各种光电器件。本文首先介绍了量子阱的基本原理，然后重点介绍了量子阱器件的结构，最后总结了量子阱的各个应用领域。
关键词：量子阱；器件；红外探测器；激光器；
1 引言
量子阱器件,即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件,材料生长一般是采用MOCVD外廷技术。这种器件的特点就在于它的量子阱有源区具有准二维特性和量子尺寸效应。二维电子空穴的态密度是台阶状分布,量子尺寸效应决定了电子空穴不再连续分布而是集中占据着量子化第一子能级,增益谱半宽大为降低、且价带上轻重空穴的简并被解除,价带间的吸收降低。
2 量子阱器件基本原理
2.1 量子阱基本原理[1]
半导体超晶格是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构.以GaAs／AlAs半导体超晶格的结构为例:在半绝缘GaAs衬底上沿[001]方向外延生长500nm左右的GaAs薄层,而交替生长厚度为几埃至几百埃的AlAs薄层。这两者共同构成了一个多层薄膜结构。GaAs的晶格常数为0.56351nm,AlAs的晶格常数为0.56622nm。由于AlAs的禁带宽度比GaAs的大,AlAs层中的电子和空穴将进入两边的GaAs层，“落入”GaAs材料的导带底,只要GaAs层不是太薄,电子将被约束在导带底部,且被阱壁不断反射。换句话说,由于GaAs的禁带宽度小于AlAs的禁带宽度,只要GaAs层厚度小到量子尺度,那么就如同一口阱在“吸引”着载流子,无论处在其中的载流子的运动路径怎样,都必须越过一个势垒,由于GaAs层厚度为量子尺度,我们将这种势阱称为量子阱.
当GaAs和AlAs沿Z方向交替生长时,图2描绘了超晶格多层薄膜结构与相应的的周期势场。其中a表示AlAs薄层厚度(势垒宽度),b表示薄层厚度(势阱宽度)。如果势垒的宽度较大,使得两个相邻势阱中的[1] [2] [3] 下一页 |
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