单轴应力对量子阱红外探测器吸收波长的影响

以单轴应力作用下超晶格量子阱应变能带理论为基础,采用电子反射与干涉方法,研究了单轴应力对超晶格能带的影响,推导了单轴应力与超晶格导带子能级的定量关系。以GaAs-AlGaAs-GaAs为例,具体计算了导带中子能级对应力的依赖关系,进而给出了单轴应力对n型AlGaAs-GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。计算结果表明,随着单轴压应力的增大,量子阱红外探测器的吸收波长表现出较明显的变化。当单轴压力增大到1.3GPa,量子阱红外探测器的吸收峰值移动了将近1.1μm,并且基本与应力呈线性关系。量子阱红外探测器吸收波长连续可调范围5.57～4.46μm。     

甚长波量子阱红外探测器光栅耦合的研究

采用平面波展开的散射矩阵方法研究n型甚长波量子阱红外探测器的二维衍射光栅，并同时从实验方面研究了其红外透射光谱.研究表明，n型量子阱器件的光栅耦合是传输场和倏逝场共同作用的结果.对于n型量子阱红外探测器的光栅耦合，光栅周期、光栅深度和占空比三者之间相互影响；要达到好的光学耦合效果，需要根据量子阱器件的峰值探测波长选择合适的光栅参数. 关键词： n型量子阱红外探测器 二维光栅 光耦合     

甚长波量子阱红外探测器的暗电流特性研究

基于载流子在量子结构中的输运理论研究了甚长波量子阱红外探测器(峰值响应波长15μm，量子阱个数大于40)的载流子的输运性质.研究结果表明，在甚长波量子阱红外探测器中，电流密度一般很低，暗电流主要来源于能量高于势垒边的热激发电子.通过薛定谔方程和泊松方程以及电流的连续性方程的自洽求解，发现外加偏压下电子浓度在甚长波器件各量子阱的分布发生较大变化，电场在整个器件结构上呈非均匀分布，靠近发射极层的势垒承担的电压远远高于均匀分布的情形.平带模型假定电压在器件体系上均匀分布，导致小偏压下的理论计算值远远低于实验值. 关键词： 甚长波量子阱红外探测器 量子波输运 暗电流     

GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器研制成功

红外量子阱探测器是利用量子阱材料导带内子带间光跃迁对红外辐射的强吸收,来测量红外辐射强度的一种新型的、快速灵敏的红外探测器.其工作原理是:首先利用掺杂使量子阱中的基态上填充上具有一定浓度的二维电子,当入射光子能量■等于子带间能隙时。照射到器件接收面上的红外辐射将处于基态上的电子激发到较高激发态上,这些激发热电子在外场作用下,在匹配的外电路中形成与入射光强度成正比的电流或电压信号.该探测器的响应波段可以覆盖8—14μm的波长范围,响应速度快(皮秒量级),灵敏度较高(D*～1010cmHz1/2/W),并且可以通过改变材料的生长…     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中，基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收，结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器，采用周期为3μm，半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%)，为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.     

我国第一支量子阱红外探测器

量子阱红外探测器是一种新型红外探测器.它是利用新型半导体超晶格量子阱材料的子能带光跃迁的红外吸收特性制成的.它具有响应快、灵敏度高、可变波长、可变带宽等特点,并有实现大面积集成和制作大面积二维象素列阵的实际可能性,将成为新一代红外探测器件,在未来五到十年内可能引起红外物理、红外光电子学及其应用领域的变革.两年前,美国贝尔实验室已研制出可与历史悠久的HgCdTe红外探测器性能相比较的GaAs/AlGaAs量子阱探测器. 中国科学院物理研究所从1989年开始,就在器件材料生长、器件物理、器件工艺及器件的性能测试等方面,着手进行…     

空穴在动量空间分布对p型量子阱红外探测器响应光谱的影响

通过对p型量子阱红外探测器(QWIP)的自洽计算，得到了量子阱价带的电子结构和器件的光电流谱，并研究了载流子在动量空间分布对p型QWIP光谱响应的影响.计算结果表明，在动量空间不同区域的空穴对器件的光谱响应起着不同作用，从而使得在p型QWIP中，空穴浓度和温度都将影响器件的响应光谱.所得结果合理地解释了实验中器件响应光谱随掺杂浓度和温度的变化. 关键词： p型量子阱红外探测器 响应光谱 空穴浓度 温度     

15μm量子阱探测器低温集成组件技术研究

针对峰值波段15μm的320×256量子阱甚长波红外探测器应用的快速降温、低功耗和环境适应性要求,分析了15μm量子阱探测器低温集成组件技术的特点。通过对冷指的优化设计、冷屏的热设计及冷平台辅助支撑结构设计等低温集成技术的研究,实现了量子阱探测器组件的快速降温、低功耗和高环境适应性。经过测试,封装有量子阱探测器的IDCA组件满足项目使用要求。     

10—14 μm同时响应的双色量子阱红外探测器

实现截止波长为11.8和14.5 μm双色同时响应的量子阱红外探测器,可以同时工作在8—12 μm大气窗口和甚长波波段.在77 K下测量到很强的光电流谱.器件结构采取了较为简洁的设计,通过适当增大量子阱结构中势阱的宽度和选择合适的掺杂浓度,在同一偏压下实现了对两个波长的同时响应.两个光响应峰分别为基态到第五激发态和基态到第一激发态的跃迁吸收. 关键词： 量子阱红外探测器 双色 同时响应     

超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器光电流谱特性研究

研究了响应波长在15μm附近的超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器在不同外加偏压下的光电流谱特性.光电流谱上的两个主要由于阱宽随机涨落而呈现为高斯线形的响应峰被分别指认为量子阱基态E0到第一激发态E1和第三激发态E3的跃迁.跃迁峰随着器件上外加偏压的增大而出现线性红移现象，认为这种变化起源于激发态与基态对量子阱结构中势变化敏感性的不同，采用传输矩阵方法并考虑到电子交互作用修正进行的理论计算在定量上解释了实验结果. 关键词： 量子阱红外探测器 超长波 光电流 传输矩阵     

InAs/GaSb量子阱中太赫兹光电导特性

太赫兹技术由于具有重大的科学价值及应用前景而引起了广泛关注,其核心问题是性能优异的室温太赫兹辐射源和探测器研究.本文用半经典的玻尔兹曼方程方法研究了In As/Ga Sb量子阱系统中载流子对电磁场的响应,运用平衡方程方法求解玻尔兹曼方程得到了量子阱系统中的光电导,系统地研究了量子阱结构对光电导的影响,揭示了在该量子阱系统中光电导产生的物理机制.研究发现,量子阱结构主要通过调节载流子的能级、浓度和波函数的耦合影响光电导,对称性较好的量子阱结构(8 nm-8 nm)的光电导信号更强,其峰值落在太赫兹区(0.2 THz),并且在低温下器件的性能较好,温度升高则吸收峰略有降低,且光电导峰值发生红移.研究结果表明该量子阱系统可以用作室温太赫兹光电器件.     

基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置. 关键词： 太赫兹量子阱探测器 太赫兹量子级联激光器 太赫兹通信 Fourier变换红外光谱     

两端叠层结构的中长波量子阱红外探测器

采用分子束外延技术生长了两个叠层结构的双色量子阱红外探测器结构,并经过光刻和湿法刻蚀制作成两端结构的量子阱红外探测器单元器件. 通过改变量子阱势垒高度,势阱宽度,掺杂浓度,重复周期数等器件参数,可以使总电压在两个叠层之间产生适当的分布,从而使器件表现出不同的电压响应特点. 光电流谱测量显示,器件1随着外加偏置电压可实现对于中波大气红外窗口(3—5 μm)和长波大气红外窗口(8—12 μm)红外响应的切换,器件2在不同的偏置电压下可以对这两个波段同时做出响应. 本文探讨了两端叠层结构量子阱红外探测器的工作原 关键词： 电压调制 同时响应 量子阱红外探测器 双波段     

In_(0.2)Ga_(0.8)As/GaAs单量子阱PL谱温度特性及其机制

测量了不同阱宽In0.2Ga0.8As/GaAs单量子阱的PL谱的峰值波长和荧光谱线半峰全宽随温度的变化。利用Varshni公式对实验峰值波长进行拟合,得到了新的参数。结果表明,无位错应变量子阱带隙仍具有其体材料的特性:荧光谱线半峰全宽随温度升高迅速展宽,这主要归因于声子关联作用增强和激子热离化为自由载流子所致;阱宽越窄荧光峰值能量越高,将其与量子尺寸效应的理论计算结果进行了比较。文中还考察了谱线半峰全宽和阱宽的关系,利用合金无序对这一现象进行了解释。     

含有量子点的双波长LED的光谱调控

本文通过对含有高In组分量子点的双波长LED进行了模拟计算, 并对器件的能带结构、载流子浓度、复合速率和辐射光谱进行了研究. 通过对器件结构的调整与对比, 发现蓝绿双波长LED的绿光量子阱中加入高In组分量子点后可以拓宽辐射光谱, 使LED光谱具有更高的显色指数, 为实现无荧光粉的白光LED提供指导. 量子点对载流子具有很强的束缚能力, 并且载流子在量子点处具有更短的寿命, 载流子优先在量子点处复合, 量子点处所对应的黄光与量子阱润湿层所对应的绿光的比例随量子点浓度的增大而增大, 载流子浓度较低时以量子点处的黄光辐射为主, 载流子浓度变大后, 量子点复合逐渐达到饱和, 绿光辐射开始占据主导. 对间隔层厚度和间隔层掺杂浓度的调节可以很方便地调控载流子的分布, 从而实现对含有量子点的双波长LED两个活性层辐射速率的调控. 结果表明, 通过对量子点浓度、间隔层厚度、间隔层掺杂浓度的控节可以很好地实现对LED辐射光谱的调控作用. 关键词： GaN 量子点 光谱调控 双波长LED     

InGaAsSb量子阱的MBE生长和光致发光特性研究

采用分子束外延(MBE)技术生长InGaAsSb多量子阱结构,利用光致发光光谱对材料的生长特性进行了研究.研究了衬底温度对材料激发光谱强度的影响,探索了发光波长与有源层量子阱厚度的关系.发现外延生长时衬底温度对材料的质量有重要影响;在一定范围内,量子阱厚度不断增加会导致材料的光致发光波长增加.     

InAs/AlSb/GaSb量子阱中的双色光吸收

为了降低噪声对InAs/GaSb量子阱作为双色电探测器性能的影响,设计性能优良的光电探测器,在InAs/GaSb量子阱中加入AlSb夹层,以减少电子和空穴在界面处的复合,从而抑制由于电子和空穴复合引起的噪声。首先应用转移矩阵方法求解薛定谔方程得到量子阱中电子和空穴的能级和波函数,研究AlSb夹层对电子和空穴波函数的影响。应用平衡方程方法求解外加光场条件下的玻尔兹曼方程,研究所有电子和空穴跃迁通道对光吸收系数的贡献,重点研究了AlSb夹层厚度对光吸收系数的影响。结果表明:基于In As/GaSb的量子阱体系可以实现双色光吸收,加入AlSb夹层可以有效抑制电子和空穴在界面处的隧穿,从而降低复合噪声,同时AlSb夹层的加入也对吸收峰有影响。AlSb夹层的厚度达到2 nm即可有效降低电子和空穴复合噪声,双色光吸收峰在中远红外波段,为该量子阱作为性能良好的中远红外光电探测器提供理论支撑。     

852 nm半导体激光器InGaAlAs、InGaAsP、 InGaAs和GaAs量子阱的温度稳定性

为了提高852 nm半导体激光器的温度稳定性,理论计算了InGaAlAs、InGaAsP、InGaAs和GaAs量子阱的增益,模拟对比并研究了不同量子阱的增益峰值和峰值波长随温度的漂移。结果显示,采用In_0.15Ga_0.74-Al_0.11As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的温度稳定性。使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了压应变In_0.15Ga_0.74Al_0.11As单量子阱852 nm半导体激光器,实验测得波长随温度漂移的数值为0.256 nm/K,实验测试结果验证了理论计算结果。     

量子阱红外探测器的光耦合

本文从有效质量近似理论出发,在量子阱导带内子带间光吸收分析的基础上,评述了ｎ型量子阱红外探测器的光耦合。着重研究适宜于量子阱红外探测器的不同种类的光栅,并从理论上优化出高耦合效率的各种光栅参数