發(fā)布時(shí)間：2020-12-14 06:37

　　為了降低噪聲對(duì)InAs/GaSb量子阱作為雙色電探測(cè)器性能的影響,設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的光電探測(cè)器,在InAs/GaSb量子阱中加入AlSb夾層,以減少電子和空穴在界面處的復(fù)合,從而抑制由于電子和空穴復(fù)合引起的噪聲。首先應(yīng)用轉(zhuǎn)移矩陣方法求解薛定諤方程得到量子阱中電子和空穴的能級(jí)和波函數(shù),研究AlSb夾層對(duì)電子和空穴波函數(shù)的影響。應(yīng)用平衡方程方法求解外加光場(chǎng)條件下的玻爾茲曼方程,研究所有電子和空穴躍遷通道對(duì)光吸收系數(shù)的貢獻(xiàn),重點(diǎn)研究了AlSb夾層厚度對(duì)光吸收系數(shù)的影響。結(jié)果表明:基于In As/GaSb的量子阱體系可以實(shí)現(xiàn)雙色光吸收,加入AlSb夾層可以有效抑制電子和空穴在界面處的隧穿,從而降低復(fù)合噪聲,同時(shí)AlSb夾層的加入也對(duì)吸收峰有影響。AlSb夾層的厚度達(dá)到2 nm即可有效降低電子和空穴復(fù)合噪聲,雙色光吸收峰在中遠(yuǎn)紅外波段,為該量子阱作為性能良好的中遠(yuǎn)紅外光電探測(cè)器提供理論支撐。 

【文章來源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2017年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

電子和空穴在:方向的概率密度

934發(fā)光學(xué)報(bào)第38卷圖3給出了不同AlSb夾層厚度下的光吸收。圖中有兩個(gè)吸收峰，分別是由電子-電子和空穴-空穴的帶內(nèi)躍遷引起的。AlSb夾層的加入不僅能夠有效阻止電子-空穴在界面處的躍遷，對(duì)電子-電子和空穴-空穴帶內(nèi)躍遷也有重要影響。由于AlSb夾層的加入，電子受到的束縛更強(qiáng)，量子阱更加局域，所以其能級(jí)會(huì)減校而由于AlSb的價(jià)帶能量比較低，所以AlSb的加入使得GaSb層中空穴所在的量子阱更加擴(kuò)展，相應(yīng)的空穴能級(jí)升高。因此加入AlSb夾層后，光吸收系數(shù)會(huì)發(fā)生紅移。由于電子的有效質(zhì)量更小，電子子帶能級(jí)受AlSb夾層的影響更大，因此由于電子-電子帶內(nèi)躍遷引起的光吸收峰紅移更加明顯。隨著AlSb夾層厚度的增加(AlSb夾層厚度增加到2nm1401001012141618202224262830Frequency/THzAbsorptioncoeficient琢/琢0LAlSb=2nmLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm1２0８06040200圖3不同AlSb厚度下電子和空穴的光吸收系數(shù)Fig．3Intrasubbandopticalabsorptioncoefficientsforelec-tronandholeatdifferentwidthsofAlSblayer以后)，電子和空穴在界面處的隧穿效應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定值，受到的限制勢(shì)也不再發(fā)生變化，紅移現(xiàn)象逐漸消失。這為設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定的InAs/AlSb/GaSb量子阱光電探測(cè)器提供了方便。需要指出的是:在本文的研究過程中，我們忽略了電子和空穴的耦合效應(yīng)［12］。理論和實(shí)驗(yàn)都表明，電子和空穴的耦合來源于電子和空穴之間的庫侖相互作用［16-18］，而AlSb層的加入將極大地減弱電子和空穴在界面處的耦合。4結(jié)論本文利用轉(zhuǎn)移矩陣方法求解薛定諤方程得到了InAs/AlSb/GaSb量子阱中電子和空穴的子帶能級(jí)以及沿著樣品生長方向的波函數(shù)，用平衡方程方法求解半經(jīng)?

第7期張仲義，等:InAs/AlSb/GaSb量子阱中的雙色光吸收933地看到:當(dāng)LAlSb=2nm時(shí)，波函數(shù)在界面處的交疊變得很小，所以我們可以通過加入AlSb夾層有效地控制電子和空穴在界面處的復(fù)合。從圖1(b)可以看到:增加AlSb夾層的厚度，電子和空穴分布在空間上離得更遠(yuǎn)，因此電子和空穴之間的復(fù)合以及相互作用可以通過AlSb夾層厚度有效調(diào)制。值得注意的是:加入AlSb夾層后，電子和空穴的分布都會(huì)受到影響。由于我們?cè)谟?jì)算過程中坐標(biāo)的原點(diǎn)選在左側(cè)AlSb和InAs的交界處，即電子層的厚度為一定值，所以從波函數(shù)的分布圖上看電子的波函數(shù)幾乎沒有變化。隨著AlSb夾層厚度的增加，空穴波函數(shù)向右移動(dòng)，這主要是增加AlSb夾層的厚度使空穴所在位置向右移動(dòng)的結(jié)果，因此不能簡(jiǎn)單地說AlSb夾層的加入對(duì)空穴波函數(shù)的影響大而對(duì)電子波函數(shù)的影響校在InAs/GaSb量子阱中，電子和空穴分布在不同的材料層，由于電子的能帶和空穴的能帶有0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（a）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25hole0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（b）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25holeLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm圖1電子和空穴在z方向的概率密度。(a)LAlSb=2nm時(shí)的電子和空穴基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)的概率密度。(b)不同AlSb厚度下的電子和空穴基態(tài)概率密度。Fig．1Squareofwavefunctionsforelectronandholealongz-axis．(a)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatthegroundandfirstexcitedstates．(b)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatdif-ferentwidthsofAlSblayer．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Progress in complementary metal–oxide–semiconductor silicon photonics and optoelectronic integrated circuits[J]. 陳弘達(dá),張贊,黃北舉,毛陸虹,張贊允.  Journal of Semiconductors. 2015(12)
[2]Packaging investigation of optoelectronic devices[J]. 張志珂,劉宇,劉建國,祝寧華.  Journal of Semiconductors. 2015(10)
[3]Coupling effect of quantum wells on band structure[J]. 陳杰,曾維友.  Journal of Semiconductors. 2015(10)
[4]Analytical formulas for carrier density and Fermi energy in semiconductors with a tight-binding band[J]. 曹文翰.  Journal of Semiconductors. 2015(04)
[5]InAs/GaSbⅡ類超晶格與HgCdTe紅外探測(cè)器的比較研究[J]. 余連杰,鄧功榮,蘇玉輝.  紅外技術(shù). 2012(12)



本文編號(hào)：2915996