半導(dǎo)體低微結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、太赫茲波在電磁波譜中位置特殊并且有許多優(yōu)點(diǎn)和潛在的利用價(jià)值,因此處于遠(yuǎn)紅外波段的太赫茲發(fā)光器或激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究理所當(dāng)然經(jīng)成為當(dāng)今世界研究的熱點(diǎn)。一直以來,由于半導(dǎo)體量子點(diǎn)所展示的物理現(xiàn)象在太赫茲方向具有很好的應(yīng)用前景,因此相對于其它太赫茲器件,人們更重視用半導(dǎo)體量子點(diǎn)制成的該類型器件研究,但制備量子點(diǎn)的技術(shù)雖經(jīng)過多年探索,也已經(jīng)發(fā)明了一些較好的制備量子點(diǎn)的技術(shù),可是要想精確控制并制備出好的量子點(diǎn),仍有很長的路要走。為克服量子點(diǎn)制備

2、技術(shù)上引起的不足,我們提出另外一種方案,即將雜質(zhì)單原子摻雜在半導(dǎo)體量子阱中,通過調(diào)節(jié)量子阱對雜質(zhì)原子的量子限制效應(yīng),人為操縱雜質(zhì)原子能級的結(jié)構(gòu),其中包括控制能級間的間隔和調(diào)整雜質(zhì)能級的排序,由此便形成了類似于傳統(tǒng)量子點(diǎn)的單電子量子點(diǎn)或單空穴量子點(diǎn)。
　　 實(shí)驗(yàn)采用了先進(jìn)的分子束外延生長技術(shù),分別制備出多個(gè)沿(100)方向GaAs襯底上交替生長的GaAs/AlAs多量子阱樣品(阱寬范圍從30A到200A)和一個(gè)均勻摻雜Be受主原子

3、的GaAs外延單層樣品。各不同阱寬的多量子阱樣品,在阱的中心都進(jìn)行了Be受主原子的6摻雜。對所有樣品的研究主要是在4.2K的低溫下,分別進(jìn)行了PL譜、共振Raman散射譜和Fourier變換紅外吸收光譜的觀測分析。
　　 在PL譜中,除了清楚的看到自由激子、受主束縛激子和自由到束縛有關(guān)的躍遷外,更重要的是看到了與受主束縛激子有關(guān)的躍遷,即:受主束縛激子的兩空穴躍遷(THT)。經(jīng)過分析,Be0X與THT兩峰之間的能量間隔就對應(yīng)著該

4、樣品中受主從基態(tài)1S3/2(Γ6+Γ7)到激發(fā)態(tài)2S3/2(Γ6+Γ7)躍遷所需要的能量。除此之外,在多量子阱實(shí)驗(yàn)中,還可以看到到其它更高偶宇稱激發(fā)態(tài)之間的躍遷。由此便得出了不同量子阱寬度下受主基態(tài)到偶宇稱激發(fā)態(tài)的能級躍遷結(jié)果。
　　 共振Raman散射譜中,清楚的觀測到了h01。(由光激發(fā)空穴子帶內(nèi)的躍遷引起)和與GaAs層有關(guān)的L0聲子和T0聲子。此外,在共振Raman散射譜的高能邊看到了峰值半寬很寬的界面聲子(IF)峰和與

5、受主原子有關(guān)的局域振動模以及界面態(tài)。除此之外實(shí)驗(yàn)中沒有觀測到預(yù)期的與受主有關(guān)偶宇稱躍遷峰,究其原因可能是我們的實(shí)驗(yàn)散射截面小,激發(fā)功率低等諸多原因造成的。
　　 Fourier變換紅外吸收光譜中,對不同量子阱寬樣品進(jìn)行觀測,清楚的看到三條主要的受主帶內(nèi)躍遷吸收線,它們是分別來源于受主基態(tài)到三個(gè)奇宇稱激發(fā)態(tài)的躍遷。
　　 從上述實(shí)驗(yàn)研究中,可以得出量子阱寬度與受主躍遷能量之間的關(guān)系,由此關(guān)系可以看到,隨著量子阱寬度的減少,