AlGaN-GaN基紫外—紅外探測器中量子阱子帶間躍遷的研究.pdf

1、近年來,AlGaN/GaN多量子阱是實(shí)現(xiàn)基于子能帶躍遷的紅外光電子器件最理想的材料之一。由于大的導(dǎo)帶帶階(～1.7eV)及強(qiáng)的電子聲子作用使得該類光電子器件有著寬的、可調(diào)諧波長范圍(從近紅外到遠(yuǎn)紅外)和超快的工作速度。由于這些特點(diǎn),AlGaN/GaN多量子阱在紅外探測器及紫外紅外集成探測器方面、光纖通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　本文基于薛定諤方程的艾里函數(shù)解,詳細(xì)地推導(dǎo)了用于求解量子阱中載流子本征能級(jí)的平帶、三角和自洽模型,研究了

2、AlGaN/GaN量子阱中電子子帶間的躍遷波長和電子本征態(tài)的光學(xué)性質(zhì)。基于三角勢阱模型下的薛定諤方程,將極化效應(yīng)產(chǎn)生的極化電場作為一個(gè)參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得到了如下結(jié)果:
　　(1)對(duì)于單量子阱,本文研究了量子阱寬度、勢壘層中Al組分、以及非對(duì)稱量子阱中一側(cè)勢壘層中Al組分對(duì)導(dǎo)帶底電子躍遷性質(zhì)的影響。隨著量子阱寬度的減少和勢壘層中Al組分的增加,子帶間躍遷能量增大,E1到E0子帶間的躍遷波長可由14.3μm減小到2.65μm。此外

3、,模擬結(jié)果還顯示電子子帶波函數(shù)在量子阱中非對(duì)稱分布,基態(tài)子帶電子波函數(shù)向表面平移,第一激發(fā)態(tài)子帶波函數(shù)卻向襯底平移。
　　(2)對(duì)于雙量子阱,本文主要研究了中間耦合勢壘層厚度和Al組分對(duì)導(dǎo)帶中束縛電子性能的影響。隨著耦合勢壘層厚度的增大和Al組分的減小,各子帶間能級(jí)之差減小,子帶間躍遷波長在1.4μm～3.16μm。子帶電子波函數(shù)在量子阱中非對(duì)稱分布,E0和E2子帶主要分布在靠近襯底一側(cè)量子阱中,而E1和E3子帶主要分布在靠近表面

4、一側(cè)量子阱中。
　　(3)另一種模型是基于薛定諤方程和泊松方程的自洽求解,考慮電荷分布對(duì)勢能的影響這一參數(shù),分析了勢壘層施主摻雜濃度、摻雜下量子阱寬度和勢壘層中Al組分對(duì)電子躍遷光學(xué)吸收系數(shù)和電子分布的影響。在單量子阱 Al0.95Ga0.05N(5nm)/GaN(2nm)/Al0.95 Ga0.05N(5nm)中,勢壘層中摻雜為4×1018cm-3時(shí),子帶間躍遷波長為1.56μm,最大躍遷光學(xué)吸收系數(shù)可達(dá)4.6×104cm-1。