量子阱紅外探測器及紅外材料光電性能的研究.pdf

1、GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器(QWIP)的研制，是目前紅外材料和器件研究方面的一個熱點。量子阱紅外探測囂的發(fā)展歷程，實際上就是，通過不斷改進量子阱材料阱寬、壘寬以及AlGaAs中Al組分含量等參數(shù)，從而改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，以滿足探測需要的過程。 本論文主要對GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器的光電性質(zhì)進行了理論模擬和實驗研究，同時還研究了GaAs/AlGaAs量子阱材料的光學(xué)性質(zhì)和新型紅外晶體鈮酸鈣鋇單晶的光學(xué)性質(zhì)

2、。主要內(nèi)容如下： (1)采用K-P模型和量子干涉模型研究了量子阱材料結(jié)構(gòu)參數(shù)和器件性能的關(guān)系。結(jié)果表明隨著勢壘寬度的增加，材料結(jié)構(gòu)從超晶格逐漸過渡到量子阱；探測器的峰值波長隨阱寬和勢壘中鋁組分的增加而減小。 (2)采用橢圓偏振光譜法對摻鉻的半絕緣GaAs襯底和GaAs/AlGaAs量子阱材料的光學(xué)性質(zhì)進行了研究。通過選取不同的模型，計算獲得了兩種材料的光學(xué)參數(shù)如折射率，消光系數(shù)和介電函數(shù)等隨入射光子能量的變化關(guān)系曲線。從

3、襯底的曲線中，觀察到摻鉻后GaAs的光學(xué)參數(shù)與本征GaAs相比沒有太大變化，只是折射率和介電常數(shù)有所下降。從量子阱材料曲線中，觀察到反映量子限制效應(yīng)的帶間躍遷，即對應(yīng)電子從重空穴態(tài)到電子態(tài)的躍遷。此外與體材料相比，量子阱材料的折射率和消光系數(shù)減小了。 (3)根據(jù)量子阱紅外探測器探測波長的要求，選擇了符合要求的材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)如AlGaAs/GaAs量子阱的阱寬，壘寬、鋁的組分以及阱層的摻雜濃度等并利用分子束外延技術(shù)生長了符合設(shè)計要

4、求的材料。測量了GaAs/AlGaAs量子阱材料的紅外吸收光譜和光電流譜，比較了理論計算和實驗測量的器件的峰值響應(yīng)波長，分析了器件暗電流的形成原因，模擬了器件的暗電流特性，為材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，改善器件性能奠定了基礎(chǔ)。 (4)我們將GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測器與目前用的最多的HgCdTe紅外探測器的性能進行了比較，分析了兩種不同類型探測器的工作原理，限制性因素，給出了兩種探測器在制作大面積紅外焦平面器件方面的長處和不足

5、。 (5)對室溫下鈮酸鈣鋇單晶的光學(xué)性質(zhì)進行了研究。分別用分光光度計和橢偏光譜儀測量了鈮酸鈣鋇晶體的透射率和折射率隨波長的變化關(guān)系，結(jié)果表明鈮酸鈣鋇晶體具有正常色散關(guān)系，并且尋常光折射率no大于異常光折射率ne，說明該晶體為負的單軸晶。折射率之差在短波區(qū)達到0.12。透射率光譜顯示該晶體在400nm到900nm波段是透明的。根據(jù)透射率計算了該波段晶體的吸收系數(shù)以及它的平方根。通過對該曲線的研究，發(fā)現(xiàn)鈮酸鈣鋇晶體吸收邊以下對應(yīng)的躍