Physics 版 (精华区)

                       量子光电子技术的发展


    自60年代末“超晶格”概念的提出和70年代用MBE技术生长成AlGaAs/GaAs
超晶格以来，随着MBE和MOCVD的发展，在短短20来年里，量子效应器件已发展
成为新一代半导体器件。
    量子效应器件的核心是由超薄层的工作物质所引出的量子尺寸效应。1975
年，BELL实验室的W.Dingle和 C.Henry首次发现当半导体激光器的有源层厚度
由通常的亚微米减少到德布罗意波长时（几十—几百埃），出现所谓的量子尺
寸效应。它赋予量子效应器件一系列重要特征：
 1. 能带的量子化和态密度的阶梯状分布。
    通常半导体的能带都是连续的，导带和价带的态密度与能量的关系为抛物
型。而量子尺寸效应却导致能带量子化和态密度呈阶梯状分布，这使得量子阱
激光器具备了优良的阈值，频率和线宽特性。
 a. 极低的阈电流密度
    由于量子阱内的电子（空穴）态密度和能量的阶梯状关系以及薄阱区厚度，
只要很小的注入就可以达到阈值增益。其最低阈电流密度可降到每平方厘米几
十安培。

    半导体材料中，激发态下的自由电子和自由空穴因库伦力而形成束缚态偶
极矩“自由激子”，但这种束缚态的能量很低，室温下一般都离化了，因而观
测不到。在超薄层势垒中，由于量子尺寸的限制，可以形成二维自由激子。当
阱宽窄到一定程度，激子束缚能明显增加，在室温下也不离，因而成为室温激
子。
    室温激子的存在使得量子效应器件具备了重要的非线性光学特性。利用室
温激子效应可以制作光开关，光存储光逻辑运算器件。例如在量子阱自光电效
应器件（SEED）中，当在垂直于阱垒界面方向上家外电场时，会使自由激子的
偶极矩改变，从而使激子吸收峰红移。由于这种现象与STARK效应类似,故被称
为量子限制STARK效应。据最新报道，F-SEED器件在0.1ps的光脉冲置位或复位
时，关断时间可达0.17ns。

 3. 调制掺杂
    半导体器件中的很多性能是由掺入其中的杂质电离后产生的载流子决定的，
而载流子的寿命和迁移率又受到杂质的影响。所谓“调制掺杂”是指在势垒中
掺杂而势阱中不掺杂。这样做的好处在于可以既获得高的载流子迁移率又可获
得良好的势阱晶格完美性，从而同时保证电子学和光子学两方面的要求。

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※ 修改:．zjliu 於 Jul  7 22:19:43 2003 修改本文．[FROM: 202.118.229.92]