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1、探讨量子阱器件的发展及其应用的论文摘要：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
2、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,ala
3、s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
4、阱宽度)。如果势垒的宽度较大,使得两个相邻势阱中的电子波函数互不重叠,那么就此形成的量子阱将是相互独立的,这就是多量子阱。多量子阱的光学性质与单量子阱的相同,而强度则是单量子阱的线性迭加。另一方面,如果两个相邻的量子阱间距很近,那么其中的电子态将发生耦合,能级将分裂成带,并称之为子能带。而两个相邻的子能带之间又存在能隙,称为子能隙。通过人为控制这些子能隙的宽度与子能带,使得半导体微结构表现出多种多样的宏观性质。2.2量子阱器件 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algaa
5、s-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,而且随着制作水平的提高,它将获得更加广泛的应用。3量子阱器件的应用3.1量子阱红外探测器 量子阱红外探测器(qbe和mocvd等先进工艺可生长出高品质、大面积和均匀的量子阱材料,容易做出大面积的探测
6、器阵列。正因为如此,量子阱光探测器,尤其是红外探测器受到了广泛关注。 qocvd或mbe等复杂工艺,从而可能使衔接部位晶体质量欠佳和器件间的耦合效率低下,影响了有源器件性能和可靠性。 近20年来发展了许多选择量子阱无序或称之为量子阱混合(qocvd-qnas/algaas量子阱红外探测器研究［j］．激光与红外，2008，38(8)：784～786．谭智勇，郭旭光，曹俊诚等.基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究［j］．物理学报，2010，59(4)：1000～3290．在线：
