量子限制雜質(zhì)遠(yuǎn)紅外發(fā)光器的研制及相關(guān)理論計算.pdf

1、量子限制雜質(zhì)遠(yuǎn)紅外發(fā)光器是種全新的器件，它可以發(fā)射波長在太赫茲區(qū)域，是目前遠(yuǎn)紅外發(fā)光材料和器件研究的一個熱點(diǎn)。本文圍繞遠(yuǎn)紅外發(fā)光器這一主題，以對太赫茲發(fā)光器的理論研究為切入點(diǎn)，開展了對太赫茲發(fā)光器材料的選擇、器件制備以及特性分析的研究。
　　 本文首先介紹了基于量子點(diǎn)的遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件的研究背景，延伸出太赫茲頻率的廣泛應(yīng)用及其輻射和探測技術(shù)，然后回顧半導(dǎo)體量子點(diǎn)的研究進(jìn)展及存在的問題，從而引入本論文的工作---太赫茲遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件

2、，給出了遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件制備的基本原理和采用的外延生長方法?；驹硎窃诹孔酉拗菩?yīng)下的雜質(zhì)原子可以作為單電子量子點(diǎn)，可以發(fā)射太赫茲頻率，用于制作遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件。我們是采用通過生長半導(dǎo)體超品格常用的分子束外延方法(MBE)制備了半導(dǎo)體低維GaAs/A1As量子阱系統(tǒng)，并在GaAs量子阱中delta-摻雜受主Be原子制成我們所需要的樣品結(jié)構(gòu)，然后利用此樣品通過半導(dǎo)體工藝制備出δ-摻雜GaAs/A1As多量子阱遠(yuǎn)紅外發(fā)光器件。測量了器件的一些

3、電學(xué)參數(shù)和光學(xué)參數(shù)，加以解釋，從而對提高器件的發(fā)光效率提供依據(jù)，并進(jìn)行了相關(guān)的理論計算。
　　 利用分子束外延方法在半絕緣(100) GaAs襯底生長GaAs/hlAs三量子阱，阱寬10nm，壘寬5nm，在生長過程中對中間量子阱delta注入受主Be原子，摻雜濃度為5×1010 am-2，其他兩阱未作摻雜，制成樣品結(jié)構(gòu)。利用此樣品通過分割、脫脂、刻蝕、電極接觸金屬化等工藝過程制作出δ-摻雜GaAs/A1As多量子阱電注入遠(yuǎn)紅外T

4、eraherz原型發(fā)光器件。這種器件為利用量子限制雜質(zhì)原子態(tài)之間的躍遷來研發(fā)固態(tài)太赫茲激光器系統(tǒng)提供了一定的可能性，優(yōu)點(diǎn)是：通過MBE技術(shù)可以精確控制生長；能級結(jié)構(gòu)具有可調(diào)性以及量子點(diǎn)所具有的一般物理性質(zhì)。
　　 實(shí)驗(yàn)上測量得到4.5K下器件的電致發(fā)光譜(EL)和電傳輸特性（I-V曲線），這為進(jìn)一步改善器件的發(fā)光性能、提高發(fā)光效率提供了理論依據(jù)。在外加偏壓V=2.0V下EL發(fā)射譜中清楚地觀察到在222cm-1處寬的尖峰，這是來源

5、于鈹受主奇宇稱激發(fā)態(tài)到它的基態(tài)的輻射躍遷，而非輻射弛豫過程則使發(fā)射譜的信號很弱，這是我們今后需要改進(jìn)的方面。另外在4.5K下的I-V曲線中0.72伏和1.86伏的位置出現(xiàn)兩個共振隧道貫穿現(xiàn)象，分別對應(yīng)于中問delta-摻雜量子阱受主能級Is3/2(T6+T7)到左邊非摻雜GaAs量子阱中HH帶及右邊非摻雜GaAs量子阱中HH重空穴帶到中問摻雜GaAs量子阱中鈹受主雜質(zhì)原子奇宇稱激發(fā)態(tài)2P5/2(T6+r7)能級的其振隧穿。