為了降低噪聲對InAs/GaSb量子阱作為雙色電探測器性能的影響,設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的光電探測器,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和波函數(shù),研究AlSb夾層對電子和空穴波函數(shù)的影響。應(yīng)用平衡方程方法求解外加光場條件下的玻爾茲曼方程,研究所有電子和空穴躍遷通道對光吸收系數(shù)的貢獻(xiàn),重點(diǎn)研究了AlSb夾層厚度對光吸收系數(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，所以其能級會減校而由于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)的空穴能級升高。因此加入AlSb夾層后，光吸收系數(shù)會發(fā)生紅移。由于電子的有效質(zhì)量更小，電子子帶能級受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受到影響。由于我們在計(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，因此不能簡單地說AlSb夾層的加入對空穴波函數(shù)的影響大而對電子波函數(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
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本文編號：2915996