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《量子阱效应及其光电性质的表面光电压谱表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第21卷 第3期 河 北 建 筑 科 技 学 院 学 报 Vol121No132004年9月 JournalofHebeiInstituteofArchitecturalScienceandTechnologySep12004文章编号:1007-6743(2004)03-00101-04量子阱效应及其光电性质的表面光电压谱表征121王华英,朱海丰,冯云鹏(1.河北工程学院理学院,河北邯郸056038;2.河北大学物理科学与技术学院,河北保定071002)摘要:讨论了量子阱限制效应、激子
2、的束缚能以及激子峰的形成,分析了量子阱的光电特性及量子阱表面光电压的形成和特点。结果表明:量子阱有根本不同于体材料的光电特性。关键词:半导体;量子阱;量子阱效应;表面光电压谱;激子峰中图分类号:O484.1 文献标识码:A 半导体的研究和应用,在当代物理学和高新约束并使其能量量子化的势场,即被称为量子阱。技术发展中占有突出的地位。以半导体超晶格、用两种禁带宽度不同的材料A和B构成两个距离量子阱、量子线、量子点为典型代表的低维半导体很近的背靠背异质结BPAPB,若材料A是窄禁带半结构则是近年来开拓的新领域,它在
3、一个新的水导体,且其导带底低于材料B的导带底,则当夹层平上有力地推进着半导体的研究和应用,并且已的厚度小于电子的平均自由程(约100nm)时,电子成为凝聚态物理最活跃的新生长点和最富有生命即被约束在材料A中,形成以材料B为电子势垒、力的重要前沿之一。材料A为电子势阱的量子阱。若材料A的价带顶目前,一些先进的薄膜生长技术如分子束外也高于材料B的价带顶,则该结构同时也是以材延(MBE)、金属有机物化学汽相沉积法(MOCVD)料B为空穴势垒、材料A为空穴势阱的量子阱,如能够生长出厚度小于玻尔半径的薄膜材料,从而图1(a)所示。如果
4、两种材料周期性地交替生长,得到高质量的量子阱、超晶格材料,由于量子限制形成BPAPBPA⋯结构,且dB远大于dA,即所谓多量效应,这些材料在光电性质上表现出了明显不同子阱,如图1(b)所示。半导体超晶格的结构与多于体材料的特点,因而在光电器件上得到了广泛量子阱相似,区别在于超晶格中的势垒层较薄,如[1][2][3]的应用。用表面光电压谱(SPS)方法研究量图1(c)所示。子阱的光学性质具有无需制作样品电极、不破坏量子阱的能带结构,对其量子效应起着决定样品、可以避免以外沾污、对测量样品的尺寸及结性作用,而能带结构又取决于组成材
5、料的物理化构无特殊要求、测量精度高等诸多优点。光电压学性能以及界面附近的晶体结构,影响界面特性谱是通过电容耦合法测量开路光电压信号得到[2]的最基本因素是组成材料的晶格匹配情况。自[4]的。通过表面光电压方法可以获得量子阱样品然界中能用来组成晶格匹配的量子阱的材料非常丰富的光谱信息,因而在光电子技术中得到了广少,但借助与固溶体技术调整晶格常数,就可以生泛的应用。长出更多种具有特定能带结构的且晶格匹配的量子阱。然而,晶格常数不匹配的两种半导体材料1量子阱的结构与组成也可以在一定条件下形成量子阱,即应变量子阱。在量子力学中,能够
6、对电子的运动产生某种此外,用非晶半导体也可以构成量子阱,其突出的收稿日期:2004-2-18基金项目:河北省自然科学基金资助项目(500084)作者简介:王华英(1963-),女,河北涉县人,副教授,从事光信息与光电子学的教学与研究。102河 北 建 筑 科 技 学 院 学 报2004年优点是可以放宽对组成材料晶格匹配的要求,且定谔方程的解应为非晶材料的制备比较简单,并容易进行大面积淀2π2m3(V)0-EΨB=Cexp[-(
7、z
8、-积。hdA)](C为常数)(4)2量子阱中的电子波函数与能级2式(4)表明,电子具有隧穿有限
9、高势垒的能力,即对于图1所示的单量子阱,在平行于阱壁的平量子力学中著名的隧穿效应。对多量子阱,其电子面(x,y)内电子的运动是自由的,而在垂直于阱状态有如单量子阱中的电子,相邻量子阱中电子壁的z方向上,电子的运动要受到势垒层的限制,的波函数不会发生重叠。图3给出了量子阱中波函其波函数Ψ(z)按指数函数形式衰减,能级是量子数的示意图。化的。电子沿z方向的定态薛定谔方程22hdΨdAdA-32=EΨ(-10、z
11、>)2mdz2(1)3式中m—电子的有效质量。若以势阱的中点3
12、量子阱效应为坐标原点,则当势垒无限高、无限厚时,薛定谔方程的归一化解为主要的量子阱效应有量子约束效应和共振隧2nπdAdAΨA=sin(z+)(
13、z
14、<);穿效应。由式(3)可见,量子阱中电子的能级与阱dAdA22宽的平方成反比,因此,当量子阱的阱宽足够窄dAΨB≡0(
15、z
16、>)(2)时,
