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，涉及带电激子的生成方法及装置用能量大于ＺｎＳｅ量子阱禁带宽度的激光对异质结构硒化锌／碲化铍中的硒化锌阱层进行激发而产生电子和空穴；本发明专利技术装置由光低温恒温器、激光器、光谱仪等组成，反射镜、透镜、棱镜组成光路放置在激光器之前；棱镜前面放置光低温恒温器，经棱镜转向的激光可入射到光低温恒温器中；另一透镜放置在棱镜的后面，可会聚来自光低温恒温器内硒化锌／碲化铍样品的辐射光（即荧光ＰＬ）；该透镜后面放置光纤和光谱仪，光谱仪带有ＣＣＤ检测器，两者连接在计算机上，能自动完成光谱检测任务。本发明专利技术方法简单，实验条件宽松，不影响晶体的结构质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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型能带结抅使得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5见这些特点使得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《Physical Review B》(2002年，第65巻，第115310页，"Optical method for the determination of carrier density in modulation-doped quantum wells")公幵了结构掺杂方法生成带电激子的制备方法(G. V.Astakhov， etal., 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巻，第10609页，"Exciton and trion spectral line shape in the presence of an electron gas in GaAs/AlAs quantum wells")公开了隧穿丰立子 主入方法 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。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷和不足，本专利技术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l-150K之间；3. 将能量为2.8 ~ 4.0 eV、激发密度为0.001~200 W/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l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的縮写，即分子层。对于BeTe或者ZnSe， 1 ML约为0. 28 nm。 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. 2 K之下时需通过抽气机抽气进行调节；温度在4.2 K之上时需通过调节加热丝中的电流来控制温度。本专利技术所用样品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1X10-10Torr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。C、 100'C和75(TC;3、 调整As源K-cell容器的温度，使之由10(TC开始升温到295。C后，再将样品托和Ga 源K-cell容器的温度分别设定为55(TC和915'C,并丌始升温，同时打开As源K-cell容器 的挡板，As分子束照射在衬底上，以补偿因衬底温度升高而造成的衬底表面As的蒸发，并 使得衬底表面上As的蒸发与附着达到平衡；4、 待Ga源K-cell容器升至915。C后，再将样品托升温至620°C,升温期间可通过反射 式高能电子衍射(RHEED仪)仪在方向上进行观察，如果能观察到清晰的条纹出现，则 说明在此温度下已经去除衬底表面的氧化物并获得清洁有序的衬底表面；5、 GaAs缓冲层的生成打开温度己升至915。C的Ga源K-cell容器的挡板，Ga分子束 照射在衬底上；此时Ga和As的分子束同时照射在衬底表面，GaAs缓冲层的生长开始，生 长时间为24 120分钟，GaAs缓冲层的厚度可达到20CT1000 nm ,此时将Ga源关掉，并将 Ga源K-cell容器的温度由915'C降至750'C，之后再降至30(TC，并通过RHEED仪可观察到 此时的衬底有一个清洁、平整和有序的表面；6、 稳定5分钟后，将衬底温度由620'C逐渐降至580。C，降温方法为阶梯式，即每次降 温设定为降5'C,达到设定温度时再设定下一次，分8次完成降温；降温开始后，通过R服ED 仪观察图像没有什么异常变化时，将As源关掉，并将As源温度由295'C调至IO(TC; 将衬底温度由58(TC逐渐降至50(rC，降温方法为阶梯式，每次降10'C;之后，再将衬底温 度由500'C逐渐降至300°C，整个降温过程分10次进行，每次降温间隔为20°C;7、 观察RHEED仪图像没有什么异常变化，此时可将RHEED仪关掉，在确定III-V族生长 室的真空度变为7. 5X10-9 Torr以下后，将用来加热衬底的电源关掉，并准备将衬底通过高 真空传输管道传向II-VI族生长室；8、 在确定II-VI族生长室的真空度为1 X10-10 Torr以下且II-VI族生长室里的Zn、 Be、 Te、 Se和Mg源的温度分别加热到150、 820、 150、 50和200。C以后，再把衬底由III-V 族生长室通过超高真空传输管道传送到I1-VI族生长室；将衬底升温至30(rC 35(TC,并将 Zn、 Be、 Te、 Se和Mg源的温度再分别升温至307、 1065、 320、 202和322.5'C:9、 BeTe缓冲层的生成当Be、 Te源的温度分别达到1065和320'C后，稳定30分钟， 打开Be、Te源的挡板，Be分子束和Te分子束照射在衬底的表面，此时开始生长BeTe缓冲 层；用RHEED仪进行实时监控(或本文档来自技高网...
【技术保护点】
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／ｃｍ↑［２］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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冀子武，郑雨军，赵雪琴，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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