InAs/GaSb第二类超晶格系统的红外光电特性研究

• 作 者: 李龙龙
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: InAs GaSb 超晶格系统 有效质量理论 Boltzmann平衡方程 红外光电特性

在本篇论文中,我们利用八带→K·P→有效质量理论和Boltzmann平衡方程方法研究了沿[001]方向生长的InAs/GaSb第二类超晶格系统的红外光电特性,主要内容包括:　　
(1)理论研究了InAs/GaSb超晶格系统中的本征光学各向异性现象。我们发现当光场沿着超晶格二维平面内的不同方向偏振时,超晶格系统的光跃迁矩阵元和光吸收系数会出现明显的各向异性。定义任意两个不同偏振方向的光吸收系数之间的相对差为光极化率,我们发现当光场沿[110]和[110]方向偏振时,光极化率可以达到50％,以上。另外,我们详细地研究了光极化率与温度、光生载流子浓度、以及超晶格层厚之间的依赖关系。　　
(2)理论研究了InAs/GaSb超晶格系统的中红外光吸收特性。我们发现当InAs层和GaSb层的厚度在20(A)和25(A)左右时,超晶格禁带宽度在3～5μm的中红外波段内。通过拟合一个表征InSb型界面势强度的参数,理论计算的禁带宽度与实验结果在一系列超晶格样品上都非常吻合。在这些超晶格系统中,光吸收的截止频率取决于超晶格禁带宽度。改变超晶格层厚,我们可以连续系统地调节光吸收的截止频率。理论计算的光吸收谱与实验测量的光响应谱符合的很好。　　
(3)理论研究了微观界面效应在InAs/GaSb超晶格中红外探测器设计中的作用。我们发现通过调节超晶格层厚,给定的超晶格禁带宽度可以在很多可能的超晶格系统中实现。在这些超晶格系统中:如果不考虑微观界面效应,为了保持给定的超晶格禁带宽度,减小或增大InAs层的厚度要求必须增大或减小GaSb层的厚度;如果考虑微观界面效应,保持给定的超晶格禁带宽度需要同时减小或增大InAs层和GaSb层的厚度。我们还发现当考虑微观界面效应时,较薄的InAs/GaSb超晶格系统在中红外探测器设计中具有一些很明显的优点。