量子限制雜質(zhì)態(tài)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、利用量子限制雜質(zhì)原子的方法制備“人造原子”量子點(diǎn)為量子點(diǎn)的制備提供了一種新渠道。對(duì)于半導(dǎo)體量子阱系統(tǒng),通過(guò)改變量子阱寬度及雜質(zhì)原子的摻雜位置,摻雜濃度等摻雜情況,能夠以可控的方式調(diào)節(jié)能級(jí),使具在光電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,例如:遠(yuǎn)紅外探測(cè)器、太赫茲固體激光器,超快電子器件等。對(duì)于以雜質(zhì)念之間躍遷為基礎(chǔ)的任何量子發(fā)光器件或激光器,雜質(zhì)激發(fā)態(tài)壽命都是一個(gè)重要的參數(shù),它對(duì)遠(yuǎn)紅外探測(cè)器和Teraherz固體激光器技術(shù)的研發(fā)有著重要作用。本文根

2、據(jù)遠(yuǎn)紅外時(shí)間分辨光譜的實(shí)驗(yàn)分析,通過(guò)構(gòu)造物理模型,對(duì)量子限制的δ-摻雜在GaAs/AlAs多量子阱中鈹(Be)受主態(tài)壽命進(jìn)行研究。
　　 首先,實(shí)驗(yàn)上,通過(guò)分子束外延(MBE)生長(zhǎng)技術(shù),制備了一系列不同量子阱寬度的GaAs/AlAs多量子阱樣品,并且在每個(gè)量子阱的阱層中央進(jìn)行Be受主的δ-摻雜。不同的量子阱寬度,代表著對(duì)雜質(zhì)Be受主有著不同量子限制效應(yīng)。利用傅里葉紅外光譜儀測(cè)量不同量子阱寬度下量子限制雜質(zhì)受主的遠(yuǎn)紅外吸收譜,實(shí)驗(yàn)

3、中發(fā)現(xiàn)在低溫下的遠(yuǎn)紅外吸收譜中,清楚地觀察到了三條主要吸收線,它們分別來(lái)源于鈹(Be)受主從基態(tài)1s3/2(Γ6+Γ7)分別到它最低的三個(gè)奇宇稱激發(fā)態(tài)2p3/2(Γ6+Γ7),2p5/2(Γ6+Γ7),2p5/2Γ7之間的躍遷。通過(guò)變分原理,計(jì)算了量子限制鈹受主2p激發(fā)到1s基態(tài)躍遷能量隨量子阱寬度的變化關(guān)系,通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),2p→1s躍遷能量理論計(jì)算符合類-D吸收線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　 其次,利用自由電子激光器泵浦激發(fā)樣品分析雜質(zhì)

4、態(tài)之問(wèn)躍遷的時(shí)間分辨光譜,研究激發(fā)態(tài)壽命與量子阱寬度、溫度、激光波長(zhǎng)的關(guān)系。測(cè)得受主激發(fā)態(tài)壽命是量子阱寬度和溫度的函數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:激發(fā)態(tài)受主壽命隨著量子阱寬度的減小而單調(diào)減少,并且不隨時(shí)間變化。我們認(rèn)為受主從2p5/2Γ8態(tài)到1s3/2Γ8態(tài)的弛豫過(guò)程是非輻射復(fù)合,并且量子限制效應(yīng)對(duì)布里淵區(qū)折疊聲學(xué)聲子模的影響,特別是對(duì)由于在樣品生長(zhǎng)方向上人工周期性的存在產(chǎn)生的一些新的聲學(xué)聲子模的影響,增強(qiáng)了受主帶內(nèi)空穴與聲學(xué)聲子相互作用,從而加快

5、了受主帶內(nèi)空穴的馳豫過(guò)程。對(duì)特定阱寬為10nm的GaAs/AlAs多量子阱樣品,在4K溫度下,分別用不同的自由電子激光波長(zhǎng)進(jìn)行泵浦探測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Be受主從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的遲豫時(shí)間強(qiáng)烈的依賴于激光波長(zhǎng),我們可以很清楚的觀察到波長(zhǎng)為43,44,47μm的泵浦探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度比在類-D線位置波長(zhǎng)為46m處的弱。
　　 我們認(rèn)為Be原子在量子阱中的δ-層擴(kuò)散造成了受主位置在阱中間有一定的展寬從而影響了受主激發(fā)態(tài)壽命。