消除ZnSe/BeTeⅡ量子阱中内秉电场的方法

摘要

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。本发明可用于高密度现象的观察、光电器件的研制等领域。

主权项

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、Te源的温度分别达到1065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)Zn0.77Mg0.15Be0.08Se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Zn0.77Mg0.15Be0.08Se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Te源的温度降至150℃，之后同时打开Zn源和Se源，使Zn源和Se源同时照射在衬底表面上，并开始生长ZnSe势阱层；当ZnSe势阱层生长的厚度约为4～80ML时，有源层生长结束，之后先关闭Se源再关闭Zn源；上述生长过程能够在BeTe和ZnSe之间的界面处得到具有3个、5个或7个Te-Zn化学键形式的特殊结构；15)重复步骤11的隔离层的生长过程，可得到200～1000nm厚的Zn0.77Mg0.15Be0.08Se隔离层；生长结束时要先关闭Se、Be、Mg源，约10秒钟后再关闭Zn源，这样可在样品的顶部生长一层Zn作为覆盖层，以保护样品不受腐蚀；生长结束后，将衬底温度设为150℃并使之降温，同时也将Zn、Se、Be和Mg源的温度分别设定为100、50、820和150℃并使之降温；当衬底温度降至150℃并确认Se源的温度降至100℃以下后，将样品从生长室中取出，即可得到完整的ZnSe/BeTe/ZnSe形式的量子阱材料。