量子阱红外探测器光谱特性研究

发布时间：2021-01-13 22:30

　　采用金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）生长制备30～50周期300μm×300μm台面,外电极压焊点面积80μm×80μm,内电极压焊点面积20μm×20μm的GaAs/AlGaAs量子阱样品数件,峰值响应波长为8.5μm,从理论和实验两方面分析探讨了测试样品光谱特性。用傅里叶光谱仪分别对其进行50 K液氦温度下光谱响应测试,实验结果显示1#,2#样品峰值响应波长分别为8.38μm,8.42μm,与理论峰值响应波长8.5μm分别相差0.12μm,0.08μm,误差约为1.4%,0.9%。两样品峰值响应波长实验值与理论值误差均小于2.0%,实验结果表明金属有机物化学气相沉积法技术可满足量子阱红外材料生长工艺要求,探测器电极压焊点面积大小与位置对器件光谱特性影响甚微,该误差主要由测试系统引起的,利用高分辨透射扫描电镜（HRTEM）对样品的微观结构进行剖析研究,说明虽然样品存在不同程度位错现象,但由GaAs与AlGaAs晶格间不匹配带来的应力应变对器件宏观光谱响应特性影响不明显。 

【文章来源】：光电子·激光. 2020,31(03)北大核心

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【部分图文】：

QWIP样品结构示意图

其中,美国珀金艾尔默(Perkin-Elmer)公司设计的Spectrum GX系列FTIR光谱仪作为光源,其自带的硅碳棒光源波长范围为2.5～25 μm。如2图所示,FTIR光谱仪是利用迈克尔逊干涉仪来实现调频的。若分束器上接收到来自于光源出射的红外辐射时,那么平行光束被分为两束,一束透过分束器反射至定镜上,经定镜后反射回分束器上,在分束器上再次发生透射与反射,反射部分也照到器件上,因而这复合的两束光是相干光。另一束被反射至动镜上,又被动镜反射到分束器上,同时在分束器上再次发生透射与反射,透射部分照到器件上。两束光的光程差可通过移动动镜实现变换,在器件的出射方向,可以观察到干涉条纹。通过改变光程差可获得随光强变化的中央干涉图,对其函数作快速傅里叶变换即得到光谱。分光系统是整个测试的关键核心部分,主要实现将连续光信号分解成单色信号,从而获得探测器对不同波长的响应。制冷系统采用英国牛津公司推出的CRYOSTAT系列1050CS型液氦低温恒温器,制冷范围为4 K～300 K,冷头上每增加450 g质量,降温时间将延长25 min。利用LABVIEW编程实现计算机的软件分析与处理实验结果与数据,并输出测试结果的图形或表格形式。3 实验结果与数据分析

式中E1为阱中基态能级(由传输矩阵法求解),E2为阱中激发态能级(由下面薛定谔方程求解),h为普朗克常量,c为光速。能级的计算基于有限深方势阱模型和有效质量近似理论。可以得到器件峰值波长理论计算值与实验值,如表1所示。根据量子阱红外探测器的探测峰值波长计算公式(1),以及图3(a),(b)显示的1#,2#样品峰值响应波长8.38 μm与8.42 μm,可得1#样品电子的跃迁能量为149.0 meV,2#样品电子跃迁能量为148.3 meV。


本文编号：2975665