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OPTON的微观世界|量子阱

北京欧波同光学技术有限公司    2021-01-06       浏览 443 次

量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限域效应的电子或空穴的势阱。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。

一、量子阱的构造 

如下图,量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端,而中间有一个薄层,这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成。在未加偏压时,各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱,故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区(发射极)进入右边的N型区(集电极),中间必须通过AlGaAs层进入量子阱,然后再穿透另一层AlGaAs。量子阱器件虽然是新近研制成功的器件,但已在很多领域获得了应用,如量子阱红外探测器、GaA s、InP基超晶格、量子阱材料、量子光通讯和量子结构LED等,而且随着制作水平的提高,它将获得更加广泛的应用。

量子阱的基本结构

二、量子阱的微观世界

量子阱材料一般使用分子束外延(molecular beam epitaxy ,简称 MBE)或金属有机氧化物化学气相沉积法(MOCVD)技术制备,对于量子阱材料界面结构的观察,晶体生长过程中出现的诸如层错,位错等缺陷的形成、特性及其分布等,我们一般利用高分辨透射扫描电镜(TEM)来观察,从而确定材料微观结构参数与器件宏观性能参数间的关系。众所周知,透射样品制备要求严格,制样困难,首先要将样品膜面利用进行对粘,再继续线切割为3mm×1mm;其次采用砂纸将样品打磨抛光使其厚度为60μm 左右,再抛光至 20μm;ZH使用离子减薄仪将样品轰击为10nm以下。这个过程技术要求高,每一步都需要经验,不是一般人都可以做的,而且成本较高;而扫描电镜相比较而言,样品制备简单,导电样品直接用导电胶固定在样品台上,放入腔室内进行观察,对于不导电样品,我们也有自己的解决方案,一配备离子溅射仪,即喷金,二采用低电压模式,低电压成像是现代场发射扫描电镜的技术发展趋势,低电压成像可以呈现样品极表面细节、可以减少不导电样品的荷电(放电)现象、可以减少电子束对样品的损伤。

对于薄膜材料更是如此,下面就是我们来看看采用蔡司sigma 500所测的量子阱材料,我们得到了10万和15万倍下的量子阱的背散射图片,可以看出样品界面出现了亮暗程度不同的衬度带,各层分界清楚,界面平整,层分布精度高,周期性好,厚度为 68.11nm,阱和势垒交替出现,从而确定周期厚度。


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