[发明专利]用光致激发在非掺杂量子阱中产生带电激子的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带电激子的生成方法及装置，特别涉及一种用光致激发在非掺杂量子阱中产生带电激子的方法及装置。

背景技术

硒化锌(ZnSe)和碲化铍(BeTe)都是重要的宽禁带化合物半导体，具有较强的离子性和大的结合能。由二者组成的硒化锌/碲化铍(ZnSe/BeTe)异质结构有很好的结构质量，有低的位错密度和点缺陷，其界面处的晶格失配小于0.5％。ZnSe/BeTe具有一个II型能带结构，使得ZnSe层中受激产生的电子和空穴发生空间分离，并能在ZnSe层中形成二维电子气从而导致带电激子的出现。这些特点使得ZnSe/BeTe II型量子阱(或超晶格)结构成为研究凝聚态现象的很好的候选材料。

带电激子是凝聚现象的重要形态之一，是理解有意掺杂或无意掺杂结构中涉及自旋态的许多光学过程的重要课题。根据公开的带电激子的生成方法主要有在I型量子阱中通过结构掺杂、无意掺杂结构中的杂质和缺陷以及隧穿粒子注入等。美国学术期刊杂志《PhysicalReview B》(2002年，第65卷，第115310页，“Optical method for the determination of carrierdensity in modulation-doped quantum wells”)公开了结构掺杂方法生成带电激子的制备方法(G.V.Astakhov，et al.，65(2002)115310)，但这些杂质离子不仅影响晶体的结构质量还将导致能带结构的变形甚至对量子阱造成影响，同时也因掺杂而使得生长工艺复杂化；另外美国学术期刊杂志《Physical Review B》(1996年，第54卷，第10609页，“Exciton and trion spectral lineshape in the presence of an electron gas in GaAs/AlAs quantum wells”)公开了隧穿粒子注入方法生成带电激子的制备方法(A.Manassen，et al.，54(1996)10609)，但由于隧穿粒子注入受势垒层的反射及势垒层中各种缺陷的影响，使带电激子的形成效率受到影响，并且还必须同时使用两个激发光源。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种用光致激发在非掺杂量子阱中产生带电激子的方法及装置。

一种用光致激发在非掺杂量子阱中产生带电激子的方法，步骤如下：

1.将硒化锌/碲化铍(ZnSe/BeTe)样品裁剪成长方形晶片，对其表面用丙酮溶液去污、超纯净水冲洗、高纯氮气吹干后，再将样品粘贴在圆形铜片上；

2.将粘贴有硒化锌/碲化铍样品的铜片固定在样品支架上，然后放置于盛有低温液体氦(He)的光低温恒温器中；光低温恒温器与抽气机相连，样品旁装有加热丝及温度探测装置；通过单独调节抽气机的抽速或加热丝中的电流，将样品的温度控制在约1～150K之间；

3.将能量为2.8～4.0eV、激发密度为0.001～200W/cm²的激光束垂直投射在样品的上表面上；

4.样品产生的荧光经凸透镜会聚后可经由光纤输出至光谱仪；

5.经光谱仪分光后，由CCD检测器得到带电激子的荧光光谱。

所述步骤1中的硒化锌/碲化铍(ZnSe/BeTe)样品结构可以是单量子阱，也可以是多量子阱或者是超晶格结构。

所述步骤1中的硒化锌/碲化铍(ZnSe/BeTe)样品中ZnSe量子阱的厚度约为10～80ML。

ML是英文字monolayer的缩写，即分子层。对于BeTe或者ZnSe，1ML约为0.28nm。

上述方法中盛有液体氦的光低温恒温器内的温度要想达到4.2K之下时需通过抽气机抽气进行调节；温度在4.2K之上时需通过调节加热丝中的电流来控制温度。

本发明所用样品ZnSe/BeTe是采用GaAs作为衬底，用分子束外延(MBE)的方法生长而成的，下面是该样品的制备方法。

一种用分子束外延工艺制备II型量子阱的方法，步骤如下：

1、将(001)取向的砷化镓(GaAs)衬底用铟(In)固定在钼(Mo)样品托上；

2、通液氮冷却生长室，在确认III-V族生长室真空度为1×10-10Torr以下后，通过磁力传送杆把样品传送到III-V族生长室里；将样品托、装有As固体源的K-cell容器和装有Ga固体源的K-cell容器加热升温，使之达到设定的温度分别为300℃、100℃和750℃；