消除ＺｎＳｅ／ＢｅＴｅ？ＩＩ量子阱中内秉电场的方法，属光电材料制备技术领域，用分子束外延工艺制备ＩＩ型量子阱材料，在衬底上生长缓冲层、隔离层、势阱－势垒－势阱层等；本发明专利技术所生长界面结构的量子阱材料具有质量高、界面处晶格匹配好、ＩＩ型能带结构特点。材料界面处有大的能带落差，使电子、空穴很容易发生空间分离。两异质结界面具有多个Ｚｎ－Ｔｅ和Ｔｅ－Ｚｎ化学键结构，与传统的ＩＩ型能带结构相比有更长的空间间接复合发光寿命，更有利于观察、研究高密度凝聚现象，能削弱结构中的内秉电场，使导带和价带结构变得平坦，避免了隧道效应，利于光电器件对正负电荷的独立控制。本发明专利技术可用于高密度现象的观察、光电器件的研制等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种消除ZnSe/BeTe II型量子阱结构中内秉电场的方法，特别涉及一 种用分子束外延生长制备一种特殊的界面结构来消除内秉电场的方法。
技术介绍
由于II型量子阱结构中受激产生的电子和空穴分别处于相邻的不同量子阱中， 使得人们更容易独立地控制它们的行为，因此该结构在光电子器件的研发和制作中有着重 要的应用。 1I-VI族中共价性较强的宽禁带化合物半导体ZnSe( 2. 8eV)和BeTe( 4. 2eV) 组成的ZnSe/BeTe/ZnSe量子阱具有II型(type-II)能带构造，且导带(或价带)边有一个 大的能量落差(AECB: 2.3eV， AEVB: 0. 8eV)。该结构特点能导致受激产生的电子和 空穴发生空间分离，并分别处在不同的阱层中。由于如此深的势阱使电子和空穴的波函数 有一个很小的交叠范围，所以该结构被认为有很长的空间间接(即II型)复合发光寿命。 因此，ZnSe/BeTe/ZnSe11型量子阱结构被认为是观察和研究高密度现象(如带电激子，激 子分子、激子聚合物及玻色_爱因斯坦凝聚等)以及制作光电子器件的重要材料。 II型量子阱结构是观察和研究高密度现象(如带电激子，激子分子、激子聚合物 及玻色-爱因斯坦凝聚等)的重要手段之一，对于理解和探明包括自旋态在内的许多光学 过程的发光机制和起源正起着日益重要的作用。根据公开的II型量子阱结构主要有由 III-V族化合物半导体组成的II型量子阱结构和由II-VI族化合物半导体组成的II型 量子阱结构。美国学术期刊杂志《Physical Review B》(2000年，第61巻，第10782页， Theory ofelectronic and optical propertiesof bulk AlSb and InAs and InAs/AlSb superlattices)公开了用III-V族化合物半导体组成的II型量子阱结构研究光致发光 的实验结果(G.Theodorou，et al. ， 61 (2000) 10782)。但由于该结构在异质结界面处有较小 的导带(或价带)落差(导带落差约为AEC= 1.35eV，价带落差约为A Ev = 0. 13eV)，使 得受激产生的电子和空穴发生空间分离后(即电子和空穴分别处在不同的阱层)仍然在界 面处有较大的波函数重叠，因此其空间间接再结合(spatially indirectrecombination) 发光的寿命与I型量子阱结构中的空间直接再结合发光的寿命相比虽然有了较大的增 加，但对于观察凝聚态现象却不理想。英国学术期刊杂志《Semi conductuor Sc i ence andTechnology》(2006年，第21巻，第87页，Electric-and magnetic-field effects on radiativerecombination in modulation n_doped ZnSe/BeTe type-II quantum wells，，) 公开了用II-VI族化合物半导体组成的II型量子阱结构(即传统的II型量子阱结构，如 附图3所示)研究光致发光的实验结果(Ziwu Ji，et al. ，21(2006)87)。虽然该结构具有 较大的导带(AEeB : 2. 3eV)和价带(AEVB : 0. 8eV)落差，有利于观察和研究高密度凝 聚现象。但由于其非掺杂结构中存在着较强的内秉电场，该电场所引起的斯塔克效应使得 导带和价带发生倾斜，从而导致光致载流子发生隧道效应，不利于高密度现象的观察以及 在光电器件方面的应用。
技术实现思路
为了克服上述内秉电场带来的困难，本专利技术提出了一种利用特殊界面结构(界面 处包含几个Zn-Te或几个Te-Zn化学键。图2显示了三个化学键的情形)取代传统界面结 构(界面处仅包含Zn-Te或Te-Zn。图3显示了一个化学键的情形)以消除内秉电场的方 法。该专利技术是通过分子束外延(MBE)生长方法来制备具有特殊界面结构的ZnSe/BeTe/ZnSe II型量子阱。在生长过程中，通过适当调节不同固体源挡板的开关次数和开关时间来达到 制备具有特殊界面结构的目的。 —种用分子束外延(MBE)生长方法制备具有特殊界面结构的ZnSe/BeTe/ZnSe II 型量子阱的方法，步骤如下 1.将(001)取向的砷化镓衬底用铟(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—1QTorr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30(TC、10(TC和750°C ; 3.调整As源K-cell容器的温度，使之由IO(TC开始升温到295后，再将样品托 和Ga源K-ce 11容器的温度分别设定为550°C和915°C ，并开始升温，同时打开As源K_ce 11 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[110]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已升至915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200 lOOOnm，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300°C ，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62(TC逐渐降至580°C，降温方法为阶梯式，即每次降温设定为降5t:，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RHEED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295tH周至IO(TC ; 7.将衬底温度由58(TC逐渐降至500°C，降温方法为阶梯式，每次降l(TC;之后，再 将衬底温度由50(TC逐渐降至30(TC，整个降温过程分10次进行，每次降温间隔为20°C ; 8.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—9T0rr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； 9.在确定II-VI族生长室的真空度为1X10—1QTorr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II-VI族生长室；将衬底升温至300°C 350°C，并 将Zn、 Be、 Te、 Se和M本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用分子束外延工艺制备具有特殊界面的Ⅱ型量子阱的方法，步骤如下：１）将（００１）取向的砷化镓衬底用铟固定在钼样品托上；２）通液氮冷却生长室，在确认Ⅲ－Ⅴ族生长室真空度为１×１０↑［－１０］Ｔｏｒｒ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℃；３）调整Ａｓ源Ｋ－ｃｅｌｌ容器的温度，使之由１００℃开始升温到２９５℃后，再将样品托和Ｇａ５和３２０℃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，当ＢｅＴｅ缓冲层的生长厚度约为５ＭＬ时，生长结束，然后先关掉Ｂｅ源，随后再关掉Ｔｅ源；１１）Ｚｎ↓［０．７７］Ｍｇ↓［０．１５］Ｂｅ↓［０．０８］Ｓｅ隔离层的生长：先打开Ｚｎ源的挡板，再打开Ｓｅ、Ｂｅ和Ｍｇ源的挡板进行Ｚｎ↓［０．７７］Ｍｇ↓［０．１５］Ｂｅ↓［０．０８］Ｓｅ隔离层的生长，此时分别有Ｚｎ分子束、Ｓｅ分子束、Ｂｅ分子束和Ｍｇ分子束同时照射在衬底的表面，当隔离层生长厚度为２００～１０００ｎｍ时，结束生长，先关闭Ｓｅ、Ｂｅ、Ｍｇ源，约５～１０秒钟后再关闭Ｚｎ源；１２）ＺｎＳｅ势阱层的生长：打开Ｚｎ、Ｓｅ源，使二者同时照射在衬底表面上，Ｚｎ、Ｓｅ固体源的温度分别保持在３０７和２０２℃，当ＺｎＳｅ层生长的厚度为４～８０ＭＬ时，生长结束，先关闭Ｓｅ源，经过约５～１０秒后再关闭Ｚｎ源，以便形成富Ｚｎ表面层；１３）ＢｅＴｅ势垒层的生长：Ｂｅ、Ｔｅ源的温度分别保持在１０６５和３２０℃，先打开Ｚｎ源，经过约５～１０秒后关闭Ｚｎ源，同时打开Ｔｅ源，并经约５～１０秒后关闭Ｔｅ源；重复上述Ｚｎ源和Ｔｅ源的操作１～３次，之后再打开Ｔｅ源和Ｂｅ源，使Ｔｅ源和Ｂｅ源同时照射在衬底表面上，并开始生长ＢｅＴｅ势垒层，当ＢｅＴｅ势垒层生长的厚度约为１０ＭＬ时，先关闭Ｂｅ源再关闭Ｔｅ源，ＢｅＴｅ势垒层的生长结束；上述生长过程能够在ＺｎＳｅ和ＢｅＴｅ之间的界面处得到具有３个、５个或７个Ｚｎ－Ｔｅ化学键形式的特殊结构；１４）ＺｎＳｅ势阱层的生长：保持上述的Ｚｎ、Ｓｅ、Ｔｅ源的温度不变，先打开Ｔｅ源，经过约５～１０秒后关闭Ｔｅ源，同时打开Ｚｎ源，并经约５～１０秒后关闭Ｚｎ源；重复上述Ｔｅ源和Ｚｎ源的操作１～３次，此时可将Ｔ...
【技术特征摘要】
一种用分子束外延工艺制备具有特殊界面的II型量子阱的方法，步骤如下1)将(001)取向的砷化镓衬底用铟固定在钼样品托上；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℃；3)调整As源K-cell容器的温度，使之由100℃开始升温到295℃后，再将样品托和Ga源K-cell容器的温度分别设定为550℃和915℃，并开始升温，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℃后，再将样品托升温至620℃，升温期间可通过反射式高能电子衍射仪在[110]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已升至915℃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200～1000nm，此时将Ga源关掉，并将Ga源K-cell容器的温度由915℃降至750℃，之后再降至300℃，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℃逐渐降至580℃，降温方法为阶梯式，即每次降温设定为降5℃，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RHEED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℃调至100℃；7)将衬底温度由580℃逐渐降至500℃，降温方法为阶梯式，每次降10℃；之后，再将衬底温度由500℃逐渐降至300℃，整个降温过程分10次进行，每次降温间隔为20℃；8)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7.5×10-9Torr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；9)在确定II-VI族生长室的真空度为1×10-10Torr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℃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II-VI族生长室；将衬底升温至300℃～350℃，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℃；10)BeTe缓冲层的生成当Be...
【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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