CdTe/ZnTe多量子阱光双稳器件的研究

　　O弓l言

　　随着超晶格量子阱光学的深入发展，由于数字光计算技术、光通信、光信息处理等重大应用的需要，超晶格量子阱光双稳器件及其列阵的研究十分活跃，并取得了重要结果.半导体光双稳器件具有功耗低、速度快、多功能、高效率，小尺寸、室温工作等特点，因此是国际上研究光学双稳态的热点.

　　光双稳态特性使光双稳器件具有光存储、光放大、光逻辑等功能，从而成为发展光信息处理、光计算和光通信技术的关键性元件之一本文研究的是一种CdTe/ZnTe多量子阱结构的光双稳现象.

　　1工作原理

　　目前国内外研究最多的多量子阱光双稳器件的结构是GaAS/AIGaAs和Znse/Zns等多量子阱结构，其理论上也较为成熟.CdTe/Z夕Te多量子阱结构的研究起步较晚，理论上也不成熟.但其产生双稳现象的机理大致相同，主要是由多量子阱结构的量子尺寸效应造成的.

　　当半导体晶体生长层的厚度减小到载流子的德布罗意波长，或当晶体层的厚度薄到可以与玻尔半径相比拟时，晶体的能带结构、载流子的有效质量和载流子在晶体中的运动性质等都与较厚的块状晶体中不同，出现晶体尺寸减小到某一值后产生的一些新效应，如量子尺寸效应.

　　利用量子尺寸效应的最典型的结构就是多量子阱结构，它可改变半导体的电学和光学性质.所谓多量子阱结构，通常是指两种不同(组分不同或材料不同)的半导体单晶薄层周期性的交叠在一起的多层结构，这些薄层的能带隙与两边相邻层的能带隙不连续，即在这些薄层的异质结上出现导带或价带的突变，载流子几乎独立地被限制在这些窄带隙层中，形成多“量子阱”.在多量子阱中，能带呈周期性变化，阱中载流子的能谱产生了显著的变化.在室温范围也可产生明显的激子效应，当入射光子能量与激子能量相匹配时，导致共振吸收，表现出很大的吸收系数.在GaAs、卜VI族半导体等光学非线性材料中，由于激子吸收系数或折射率随光强的变化，引起光学正反馈，从而导致光学双稳态现象.利用二维多量子阱的激子光学效应制备的光双稳器件可以有很快的时间响应.

　　2制作及测试〔‘一4〕

　　I一VI族半导体化合物光电材料，大多的导带极小值与价带极大值是在k~0处(称为直接带隙半导体材料)，它们是一类宽禁带、高熔点的化合物，它们的晶体和薄膜具有独特的性质，是很好的光电导体和非线性光电材料.附表为CdTe、ZnTe材料的物理性质.

　　量子阱结构有多种类型，图1为其中的几种.图1(a)为第一类超晶格多量子阱结构，这种结构的特点是，电子和空穴的能量极小值都在同一层的量子阱中;图1(b)和(c)为第二类超晶格多量子阱结构，这种结构的特点是，电子和空穴的能量极小值位置在空间上是分开的，故有很长的非平衡载流子寿命;图1(d)为第三类超晶格多量子阱结构，它是由3种化合物半导体周期性地相间生长而成的.