gaas_algaas多量子阱中载流子动力学的实验研究

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.60，No.1(2011)017803GaAs/AlGaAs多量子阱中载流子*动力学的实验研究1)2)2)2)2)胡长城叶慧琪王刚刘宝利1)(吉林大学物理学院，长春130021)2)(北京凝聚态物理国家实验室，中国科学院物理研究所固态量子信息与计算实验室，北京100190)(2009年3月29日收到;2010年5月7日收到修改稿)利用瞬态光栅激光光谱技术测量了(110)方向生长的本征GaAs/AlGaAs多量子阱的双极扩散系数.室温下，光1022激发的载流子浓

2、度nex=3.4×10/cm时，测得双极扩散系数Da=13.0cm/s，载流子的寿命τR=1.9ns.改变光112激发的载流子浓度(nex≤1.2×10/cm)测量，发现双极扩散系数不随着载流子浓度的增加而变化.关键词:瞬态光栅，量子阱，空穴输运PACS:78.47.jj，73.21.Fg，66.90.+r干光来产生载流子的空间调制(即瞬态光栅)并且1.引言通过另一束探测光来实时探测这个瞬态光栅随时间的变化，从而获得载流子的动力学过程的信［5—7］［8］近年来，基于电子自旋的自旋器件和量子计算息.Sūd

3、zˇius等人利用瞬态光栅技术系统研究［1—3］受到广泛关注和研究.自旋器件要求有性能更了CdZnTe晶体中载流子的产生、复合和输运过程;［9］好的半导体材料作为载体.GaAs拥有一些比Si还Aleksiejūnas等人测量了本征GaN材料载流子的要好的半导体特性，如它是直接能隙材料，具有高双极扩散系数和表面载流子的复合速率;Chen等［10］的饱和电子速率及高的电子迁移率;另外，GaAs和人利用瞬态光栅技术研究了InN材料中载流子AlxGa1－xAs的晶格常数几乎是一样的，可以利用分的动力学过程，发现

4、在InN样品表面和InN/GaN界子束外延(molecularbeamepitaxy，MBE)技术或金属面处的双极扩散系数以及载流子的寿命有大的差有机气相沉积(metal-organicvapourphaseepitaxy，别.到目前为止，对GaAs量子阱中电子的动力学过MOVPE)技术在GaAs上生长高质量的异质结构，便程研究比较系统，而对另一种重要的载流子-空穴的于设计能带结构和电子特性，GaAs材料的诸多优点研究还很少.我们利用实验室自行建设的瞬态光栅［11］使得它成为下一代自旋电子器件的候选材料

5、之一.系统，研究了(110)方向生长的本征GaAs量子在半导体材料中，载流子的寿命τR、扩散系数D和阱中载流子的扩散性质，测得该样品的双极扩散系迁移率μ等参数是表征材料品质的重要参数，所以数以及双极扩散系数与光激发的载流子浓度的关需要在实验上进行精确测量.在n型掺杂的样品中，系，并且得到样品的载流子寿命、空穴的迁移率以电子的输运特性可以利用标准的4-probe霍尔测量及扩散长度.技术来表征，可是这种技术却难以测量低掺杂浓度样品和本征样品的输运性质.时间分辨的瞬态光栅2.实验［4］技术在研究半导体中载流子

6、的动力学过程中得到了广泛应用，其在测量载流子扩散系数和载流子实验采用美国Coherent公司生产的锁模掺钛蓝寿命时展现了强大的功能.这种技术是通过两束相宝石脉冲激光器作为光源，其输出的脉冲宽度为*国家自然科学基金(批准号:10774183，10911130356)，国家重点科学研究发展计划(批准号:2009CB930500)和财政部、中国科学院支持项目资助的课题.通讯联系人.E-mail:blliu@aphy.iphy.ac.cn2011中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhtt

7、p://wulixb.iphy.ac.cn017803-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.60，No.1(2011)017803120fs，重复频率为76MHz.实验原理如图1所示，表中，Da是双极扩散系数，Λ是瞬态光栅的周期.根两束偏振方向相同的线偏振抽运光在样品表面干据(5)式，改变瞬态光栅的周期得到不同的瞬态光涉，形成光场强度周期性变化的光场分布.强度周栅衰退速率，通过线性拟合能够精确得到双极扩散期性分布的光场将引起载流子浓度的空间调制，即系数及载流子的寿命.在我们的实验中，产生的瞬形成

8、瞬态光栅.另外一束线偏振光入射到瞬态光栅态光栅周期分别为Λ=1.25μm，1.5μm，1.75μm，上，测量其衍射光强度随时间的变化，从而获得载2.0μm，2.5μm，3.0μm，3.5μm，4.0μm.流子输运动力学过程的信息.在我们的实验系统实验样品是在半绝缘(110)GaAs衬底上，利用中，采用外差探测和两级锁相放大相结合的方法，分子束外延系统生长的20周期8nmGaAs/AlGaAs［11］能获得高信噪比的实验信号.本征多量子阱.通