InAs/AlSb/GaSb量子阱中的双色光吸收
发布时间：2020-12-14 06:37
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。
【文章来源】：发光学报. 2017年07期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电子和空穴在:方向的概率密度
934发光学报第38卷图3给出了不同AlSb夹层厚度下的光吸收。图中有两个吸收峰，分别是由电子-电子和空穴-空穴的带内跃迁引起的。AlSb夹层的加入不仅能够有效阻止电子-空穴在界面处的跃迁，对电子-电子和空穴-空穴带内跃迁也有重要影响。由于AlSb夹层的加入，电子受到的束缚更强，量子阱更加局域，所以其能级会减校而由于AlSb的价带能量比较低，所以AlSb的加入使得GaSb层中空穴所在的量子阱更加扩展，相应的空穴能级升高。因此加入AlSb夹层后，光吸收系数会发生红移。由于电子的有效质量更小，电子子带能级受AlSb夹层的影响更大，因此由于电子-电子带内跃迁引起的光吸收峰红移更加明显。随着AlSb夹层厚度的增加(AlSb夹层厚度增加到2nm1401001012141618202224262830Frequency/THzAbsorptioncoeficient琢/琢0LAlSb=2nmLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm1２0８06040200图3不同AlSb厚度下电子和空穴的光吸收系数Fig．3Intrasubbandopticalabsorptioncoefficientsforelec-tronandholeatdifferentwidthsofAlSblayer以后)，电子和空穴在界面处的隧穿效应达到稳定值，受到的限制势也不再发生变化，红移现象逐渐消失。这为设计更加稳定的InAs/AlSb/GaSb量子阱光电探测器提供了方便。需要指出的是:在本文的研究过程中，我们忽略了电子和空穴的耦合效应［12］。理论和实验都表明，电子和空穴的耦合来源于电子和空穴之间的库仑相互作用［16-18］，而AlSb层的加入将极大地减弱电子和空穴在界面处的耦合。4结论本文利用转移矩阵方法求解薛定谔方程得到了InAs/AlSb/GaSb量子阱中电子和空穴的子带能级以及沿着样品生长方向的波函数，用平衡方程方法求解半经?
第7期张仲义，等:InAs/AlSb/GaSb量子阱中的双色光吸收933地看到:当LAlSb=2nm时，波函数在界面处的交叠变得很小，所以我们可以通过加入AlSb夹层有效地控制电子和空穴在界面处的复合。从图1(b)可以看到:增加AlSb夹层的厚度，电子和空穴分布在空间上离得更远，因此电子和空穴之间的复合以及相互作用可以通过AlSb夹层厚度有效调制。值得注意的是:加入AlSb夹层后，电子和空穴的分布都会受到影响。由于我们在计算过程中坐标的原点选在左侧AlSb和InAs的交界处，即电子层的厚度为一定值，所以从波函数的分布图上看电子的波函数几乎没有变化。随着AlSb夹层厚度的增加，空穴波函数向右移动，这主要是增加AlSb夹层的厚度使空穴所在位置向右移动的结果，因此不能简单地说AlSb夹层的加入对空穴波函数的影响大而对电子波函数的影响校在InAs/GaSb量子阱中，电子和空穴分布在不同的材料层，由于电子的能带和空穴的能带有0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（a）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25hole0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（b）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25holeLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm图1电子和空穴在z方向的概率密度。(a)LAlSb=2nm时的电子和空穴基态和第一激发态的概率密度。(b)不同AlSb厚度下的电子和空穴基态概率密度。Fig．1Squareofwavefunctionsforelectronandholealongz-axis．(a)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatthegroundandfirstexcitedstates．(b)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatdif-ferentwidthsofAlSblayer．
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in complementary metal–oxide–semiconductor silicon photonics and optoelectronic integrated circuits[J]. 陈弘达,张赞,黄北举,毛陆虹,张赞允. Journal of Semiconductors. 2015(12)
[2]Packaging investigation of optoelectronic devices[J]. 张志珂,刘宇,刘建国,祝宁华. Journal of Semiconductors. 2015(10)
[3]Coupling effect of quantum wells on band structure[J]. 陈杰,曾维友. 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类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究[J]. 余连杰,邓功荣,苏玉辉. 红外技术. 2012(12)
本文编号：2915996
【文章来源】：发光学报. 2017年07期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电子和空穴在:方向的概率密度
934发光学报第38卷图3给出了不同AlSb夹层厚度下的光吸收。图中有两个吸收峰，分别是由电子-电子和空穴-空穴的带内跃迁引起的。AlSb夹层的加入不仅能够有效阻止电子-空穴在界面处的跃迁，对电子-电子和空穴-空穴带内跃迁也有重要影响。由于AlSb夹层的加入，电子受到的束缚更强，量子阱更加局域，所以其能级会减校而由于AlSb的价带能量比较低，所以AlSb的加入使得GaSb层中空穴所在的量子阱更加扩展，相应的空穴能级升高。因此加入AlSb夹层后，光吸收系数会发生红移。由于电子的有效质量更小，电子子带能级受AlSb夹层的影响更大，因此由于电子-电子带内跃迁引起的光吸收峰红移更加明显。随着AlSb夹层厚度的增加(AlSb夹层厚度增加到2nm1401001012141618202224262830Frequency/THzAbsorptioncoeficient琢/琢0LAlSb=2nmLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm1２0８06040200图3不同AlSb厚度下电子和空穴的光吸收系数Fig．3Intrasubbandopticalabsorptioncoefficientsforelec-tronandholeatdifferentwidthsofAlSblayer以后)，电子和空穴在界面处的隧穿效应达到稳定值，受到的限制势也不再发生变化，红移现象逐渐消失。这为设计更加稳定的InAs/AlSb/GaSb量子阱光电探测器提供了方便。需要指出的是:在本文的研究过程中，我们忽略了电子和空穴的耦合效应［12］。理论和实验都表明，电子和空穴的耦合来源于电子和空穴之间的库仑相互作用［16-18］，而AlSb层的加入将极大地减弱电子和空穴在界面处的耦合。4结论本文利用转移矩阵方法求解薛定谔方程得到了InAs/AlSb/GaSb量子阱中电子和空穴的子带能级以及沿着样品生长方向的波函数，用平衡方程方法求解半经?
第7期张仲义，等:InAs/AlSb/GaSb量子阱中的双色光吸收933地看到:当LAlSb=2nm时，波函数在界面处的交叠变得很小，所以我们可以通过加入AlSb夹层有效地控制电子和空穴在界面处的复合。从图1(b)可以看到:增加AlSb夹层的厚度，电子和空穴分布在空间上离得更远，因此电子和空穴之间的复合以及相互作用可以通过AlSb夹层厚度有效调制。值得注意的是:加入AlSb夹层后，电子和空穴的分布都会受到影响。由于我们在计算过程中坐标的原点选在左侧AlSb和InAs的交界处，即电子层的厚度为一定值，所以从波函数的分布图上看电子的波函数几乎没有变化。随着AlSb夹层厚度的增加，空穴波函数向右移动，这主要是增加AlSb夹层的厚度使空穴所在位置向右移动的结果，因此不能简单地说AlSb夹层的加入对空穴波函数的影响大而对电子波函数的影响校在InAs/GaSb量子阱中，电子和空穴分布在不同的材料层，由于电子的能带和空穴的能带有0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（a）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25hole0.31030z/nmSquaredwavefunction/nm-1（b）0.２0.１0LAlSb=2nmelectron51５２０25holeLAlSb=0.5nmLAlSb=0nm图1电子和空穴在z方向的概率密度。(a)LAlSb=2nm时的电子和空穴基态和第一激发态的概率密度。(b)不同AlSb厚度下的电子和空穴基态概率密度。Fig．1Squareofwavefunctionsforelectronandholealongz-axis．(a)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatthegroundandfirstexcitedstates．(b)Squareofwavefunctionsforelectronandholeatdif-ferentwidthsofAlSblayer．
【参考文献】：
期刊论文
[1]Progress in complementary metal–oxide–semiconductor silicon photonics and optoelectronic integrated circuits[J]. 陈弘达,张赞,黄北举,毛陆虹,张赞允. Journal of Semiconductors. 2015(12)
[2]Packaging investigation of optoelectronic devices[J]. 张志珂,刘宇,刘建国,祝宁华. Journal of Semiconductors. 2015(10)
[3]Coupling effect of quantum wells on band structure[J]. 陈杰,曾维友. 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类超晶格与HgCdTe红外探测器的比较研究[J]. 余连杰,邓功荣,苏玉辉. 红外技术. 2012(12)
本文编号：2915996
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