斷帶能隙能帶間穿隧物理及元件(I)

Abstract

電子與電洞相互作用是凝態物理中重要而 基本的物理現象,例如半導體雷射中電子電洞 的結合;或是成對的電子電洞激子(Exciton),這方 面的研究目的不僅在於對基礎物理特性的了解 ,其成果也有助近來光電元件的發展運用.而要 進行這方面的研究,我們必須要有一些具有強 的電子-電洞的相互作用的材料.在半導體化合 物中;InAs與GaSb的組合具有這種特殊的現象,稱 為Type-II斷帶能隙(Broken-gap).由於這種特殊能階 排列;電子與電洞同時存在於InAs-GaSb的介面.由 於電子最低亞能帶(Subband)與電洞最高亞能帶的 能量很接近,而造成強的電子電洞波函數的耦 合(Coupling);這種特殊的能階結構是其它三五族 化合物(例如GaAs-AlGaAs或InP系統)所沒有的.再加 上電子與電洞被局限於二度空間,因此均具有 高的移動率.另外一主要的特點是藉著材料結 構的改變我們還可以調整電子-電洞作用力的 強弱.近年來分子束磊晶法(MBE)成長技術已經證 實可以成長這種高品質的薄膜.因此本計畫從 如何完成高品質薄膜的製造,探討斷帶能隙特 殊的物理現象,包括二度空間電子電洞相互作 用對亞能帶結構的改變;電子電洞藕合對穿隧 電流的影響,半導體-半金屬轉變;電子電洞波函 數混合;和形成電子電洞電漿的可能性等等.進 而研究製作新光電元件之可行性.本計畫為一 整合性工作;由基礎物理至應用,以發揮整合交 大半導體相關研究之效.