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半导体低微结构的光学性质研究

作　者: 初宁宁
导　师: 郑卫民
学　校: 山东大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 量子限制效应 GaAs/AlAs多量子阱 δ掺杂太赫兹量子阱器件
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

太赫兹波在电磁波谱中位置特殊并且有许多优点和潜在的利用价值,因此处于远红外波段的太赫兹发光器或激光器的理论和实验研究理所当然经成为当今世界研究的热点。一直以来,由于半导体量子点所展示的物理现象在太赫兹方向具有很好的应用前景,因此相对于其它太赫兹器件,人们更重视用半导体量子点制成的该类型器件研究,但制备量子点的技术虽经过多年探索,也已经发明了一些较好的制备量子点的技术,可是要想精确控制并制备出好的量子点,仍有很长的路要走。为克服量子点制备技术上引起的不足,我们提出另外一种方案,即将杂质单原子掺杂在半导体量子阱中,通过调节量子阱对杂质原子的量子限制效应,人为操纵杂质原子能级的结构,其中包括控制能级间的间隔和调整杂质能级的排序,由此便形成了类似于传统量子点的单电子量子点或单空穴量子点。实验采用了先进的分子束外延生长技术,分别制备出多个沿(100)方向GaAs衬底上交替生长的GaAs/AlAs多量子阱样品(阱宽范围从30A到200A)和一个均匀掺杂Be受主原子的GaAs外延单层样品。各不同阱宽的多量子阱样品,在阱的中心都进行了Be受主原子的δ掺杂。对所有样品的研究主要是在4.2K的低温下,分别进行了PL谱、共振Raman散射谱和Fourier变换红外吸收光谱的观测分析。在PL谱中,除了清楚的看到自由激子、受主束缚激子和自由到束缚有关的跃迁外,更重要的是看到了与受主束缚激子有关的跃迁,即：受主束缚激子的两空穴跃迁(THT)。经过分析,Be0X与THT两峰之间的能量间隔就对应着该样品中受主从基态1S3/2(Γ6+Γ7)到激发态2S3/2(Γ6+Γ7)跃迁所需要的能量。除此之外,在多量子阱实验中,还可以看到到其它更高偶宇称激发态之间的跃迁。由此便得出了不同量子阱宽度下受主基态到偶宇称激发态的能级跃迁结果。共振Raman散射谱中,清楚的观测到了h01(由光激发空穴子带内的跃迁引起)和与GaAs层有关的LO声子和TO声子。此外,在共振Raman散射谱的高能边看到了峰值半宽很宽的界面声子(IF)峰和与受主原子有关的局域振动模以及界面态。除此之外实验中没有观测到预期的与受主有关偶宇称跃迁峰,究其原因可能是我们的实验散射截面小,激发功率低等诸多原因造成的。Fourier变换红外吸收光谱中,对不同量子阱宽样品进行观测,清楚的看到三条主要的受主带内跃迁吸收线,它们是分别来源于受主基态到三个奇宇称激发态的跃迁。从上述实验研究中,可以得出量子阱宽度与受主跃迁能量之间的关系,由此关系可以看到,随着量子阱宽度的减少,受主跃迁能量会不断增加；此外,还可以看到受主的2P能级位于2S能级之下,而由量子力学跃迁的选择定则可知,在制造量子阱激光器时,若能满足载流子的粒子数反转,载流子将优先进入2P能级,提高相应器件的发光效率

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
符号说明  12-13
第一章绪论  13-19
  1.1 选题动机  13-16
    1.1.1 课题研究的背景及理论意义  13
    1.1.2 国际上研究的现状  13-14
    1.1.3 实验及理论上的优越性  14-15
    1.1.4 问题的提出及本课题的主要研究内容  15-16
  1.2 本课研究题的潜在意义  16-19
    1.2.1 太赫兹波  16-17
    1.2.2 太赫兹波的应用  17-19
第二章样品的生长制备与实验测量  19-26
  2.1 样品生长制备  19-24
    2.1.1 分子束外延(MBE)技术  19-22
    2.1.2 本文研究所用样品的生长与结构特征  22-24
  2.2 研究样品实验数据的测量  24-26
    2.2.1 Renishaw Raman影像显微光谱仪  24-25
    2.2.2 Nicolet Fourier变换红外光谱仪  25-26
第三章限制在量子阱中受主的能级分布  26-29
第四章 Be受主delta掺杂GaAs/AlAs多量子阱光谱分析  29-53
  4.1 PL谱  29-39
    4.1.1 PL简介  29-30
    4.1.2 PL谱分析  30-39
    4.1.3 PL谱小结  39
  4.2 共振Raman散射谱  39-48
    4.2.1 Raman散射简介  39-40
    4.2.2 共振Raman散射谱分析  40-47
    4.2.3 共振Raman散射谱小结  47-48
  4.3 Fourier变换红外吸收光谱  48-53
    4.3.1 Fourier变换红外光谱简介  48
    4.3.2 Fourier变换红外吸收光谱分析  48-52
    4.3.3 Fourier变换红外吸收光谱小结  52-53
第五章实验结果总结与展望  53-56
  5.1 实验总结  53-55
  5.2 前景展望  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
攻读学位期间发表的学术论文目录及参与课题  62-63
学位论文评阅及答辩情况表  63

半导体低微结构的光学性质研究

内容摘要

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