GaAs_AlGaAs双量子阱结构的子带光学吸收
6.4.3 量子阱红外探测器
6.4 红外焦平面探测器红外焦平面探测器◆焦平面的概念与基本结构◆肖特基势垒探测器◆量子阱与量子点探测器◆倒装互连技术6.4 红外焦平面探测器6.4.3 量子阱与量子点探测器量子阱与量子点探测器量子阱探测器量子阱红外探测器❖量子阱红外探测器(QWIP)是随着分子束外延技术及量子阱超晶格材料的发展，利用GaAs/GaAlAs量子阱子带间红外光电效应制备的高灵敏红外探测器；它具有InSb、HgCdTe同样的性能，可实现大面积、均匀性高，且与目前的GaAs工艺兼容；❖通过改变量子阱宽度和势垒高度对带隙宽度进行人工剪裁，可方便地获得6～20μm光谱范围的响应，通过在GaAs势阱层内增加InGaAs材料，短波长可扩展到3μm。
通过改善量子阱能带参量可以实现光谱响应大范围调节，在2~20μm 的范围内均可工作；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）量子阱红外探测器❖当器件正偏时，电压增大，光电信号减少；零偏时，光电信号较大；反偏时，电压增大，光电信号增大量很少，达到饱和。
故量子阱探测器具有明显的整流特性；❖能带与掺杂分布的不对称性，使得整个N型区有类似于P-N结的特性，故具有向长波延伸的条件。
❖从1987年贝尔实验室研制出第一个GaAlAs/GaAs量子阱红外探测器以来，该技术得到了迅速发展，成为三十多年来红外探测器领域研究的新热点。
❖下图为GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器子带吸收的能带示意图，量子阱导带内基态电子(或空穴)在红外辐射作用下，向高能带跃迁，并在外电场作用下做定向运动，形成与入射光强成正比的光电流。
量子阱的基本结构❖Levine等人利用该原理试制出了最初的量子阱红外探测器。
该量子阱红外探测器是采用分子束外延法交替生长GaAs阱和AlGaAs势垒50个周期构成的超晶格结构。
量子阱红外探测器量子阱探测器的基本工作模型量子阱红外探测器工作的基本模型❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－束缚态跃迁：量子阱中的两个子能带均为束缚态，在红外辐射的作用下，电子从基态被激发到第一激发态（光谱响应窄），处于受激态的电子在外加较大偏压电场的作用下，穿过薄势垒顶部产生隧道贯穿，并以热电子形式输运，形成光电流；❖束缚态－自由态跃迁：当势阱宽度进一步减小时，子能级的束缚态会在势阱中上升，形成高于势垒的自由态(或连续态)（光谱响应较宽），在红外辐射作用下，使电子直接从势阱进入自由态，在较小外加偏压作用下形成光电流；❖多量子阱跃迁：由两种不同半导体材料薄层交替生长形成多层结构（A/B/A/B…），两种跃迁方式均存在的多个量子阱探测器模型。
SEED理论及其在光交换中的应用
SEED理论及其在光交换中的应用曹永盛，尹霄丽，刘会师北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京（100876）E-mail：Yshcao1010@摘 要：在全光网络中，光交换技术是至关重要的一个环节。
近年来，光交换中的光开关、光逻辑阵列和光存储器已经逐渐开始采用以自电光效应器件（SEED）为基础的交换结构。
本文首先阐述了SEED的理论基础，然后描述了该器件在光交换领域的众多应用。
在文章的最后对SEED在全光通信网中的应用前景做出了展望。
关键词：光交换，QCSE，SEED1.引言随着因特网技术的发展，人们对通信中带宽的需求越来越高，并提出了全光通信网的概念。
在目前的光通信网中，核心器件为光交叉连接设备(OXC)和光分插复用设备(OADM) [1]。
因此，研制全光的交叉连接OXC和分插复用OADM设备，成为建设大容量通信网络中十分迫切的任务。
而光开关和光开关阵列恰恰是OXC和OADM的核心技术[2]。
在此背景下，自上世纪70年代起由米勒等人带领的项目组开始了对自电光效应器件(SEED)的研究[3]。
他们通过对SEED的材料结构、工作原理、以及基于扩散电导效应的超高速SEED的研究[4]，提出了很多设计方案。
随着科技的飞速发展，量子阱、多晶硅等半导体技术和微电子技术使SEED在工艺制作上也日臻成熟，由S-SEED搭建的光逻辑器件也在实验中得到了较好的验证[5]，目前实验室内测到的SEED的开关时间在ps量级，交换能量在pJ量级[6]，并且正一步步的由实验室走向应用。
随着人们对SEED研究的深入，发现该器件在交换能量、工作速率、信号串扰等方面都表现出了良好的特性，因此随着光通信技术的飞速发展，SEED在未来全光通信中将能够扮演及其重要的角色[7]。
2.量子限制Stark效应（QCSE）半导体量子阱中电子和空穴的运动受到量子阱势垒的限制。
当阱宽小于体材料中激子的玻耳直径时(如GaAs，激子直径约为30nm)。
GaAs、GaP、InP、InGaAsP、AlGaAs、InAlGaAs的化学腐蚀研究
GaAs、GaP、InP、InGaAsP、AlGaAs、InAlGaAs的化学腐蚀研究许兆鹏【期刊名称】《固体电子学研究与进展》【年(卷),期】1996(16)1【摘要】为研制全集成光开关、微片式激光器等，对ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡＩＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ等材料的化学腐蚀进行了实验研究。
为了研制ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ微片式激光器，开发了Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ选择性腐蚀液；为了研制ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰＴｂａｒ型光波导，开发了ＨＣｌ／Ｈ３ＰＯ４／Ｈ２Ｏ２薄层腐蚀液和ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２选择性腐蚀液；为了研制ＧａＰ、ＩｎＧａＰ光波导，开发了ＨＣｌ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ薄层腐蚀液。
它们都具有稳定、重复性好、速率可控、腐蚀后表面形貌好等特点。
除此之外，蚀刻成的ＧａＰ光波导侧壁平滑无波纹起伏。
此种结果尚未见报导。
【总页数】8页(P56-63)【关键词】磷化镓;磷化铟;砷化镓;化学腐蚀【作者】许兆鹏【作者单位】南京电子器件研究所【正文语种】中文【中图分类】TN305.2;TN305.2【相关文献】1.Er离子注入GaP，GaAs，InP的二次离子质谱(SIMS)的研究 [J], 陈辰嘉;周必忠yer Combination Effect on Band Gap Shift of InGaAsP/InP MQWs by Impurity-free Vacancy Disordering [J], ZHAO Jie;WANG Yong-chen;FENG Zhe-chuan;Ferguson I3.化学束外延生长GaAs／GaAs,InGaAs／GaAs,InP／InP,... [J], 孙殿照;阎春辉4.化学束外延生长GaAs/GaAs,InGaAs/GaAs,InP/InP,InGaAs/InP多量子阱材料[J], 孙殿照;阎春辉;国红熙;朱世荣;黄运衡;曾一平;孔梅影因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双光子吸收法-概念解析以及定义
双光子吸收法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述双光子吸收法是一种用于研究和探索材料和分子结构的前沿技术。
随着科学技术的不断发展，双光子吸收法已成为物理化学领域中一个重要的研究手段。
通过该方法，我们可以更深入地了解物质内部的复杂结构和性质，从而为材料科学、化学生物学等领域的研究提供有力支持。
双光子吸收法的原理相对复杂，但简单来说，它是利用两个光子同时作用于分子或材料时的吸收现象。
与传统的单光子吸收法不同，双光子吸收法能够提供更高的分辨率和更准确的结果。
其基本原理是两个光子在同时作用于目标物质上时，能量的总和正好等于目标分子的激发能级的能量。
因此，通过测量吸收光的强度和频率，我们可以得到目标物质的结构和性质信息。
双光子吸收法在许多领域中具有广泛的应用。
例如，在材料科学中，它可以用来研究纳米材料的光学和电子性质，以及材料的非线性光学行为。
在化学生物学领域，双光子吸收法可以用于研究生物分子的结构和功能，以及分子与细胞相互作用的过程。
此外，它还被广泛应用于光子学、光催化、光电子学等领域。
然而，双光子吸收法也存在一些局限性。
首先，由于双光子吸收过程的低概率性，它通常需要较高的光强和长的激光脉冲宽度，这限制了其在实际应用中的灵活性和可行性。
其次，鉴于双光子吸收法的复杂性和技术要求，研究人员需要具备较高的实验技能和仪器设备，这也限制了其在广泛领域的推广和应用。
总之，双光子吸收法作为一种先进的研究手段，为我们研究材料和分子结构提供了新的途径和突破口。
通过深入了解其原理和应用领域，我们能够更好地发挥它在科学研究和技术创新中的作用，并为未来的研究方向提供更广阔的空间。
1.2 文章结构本文将按照如下结构来展开对双光子吸收法的介绍和分析：第一部分是引言部分，其中包括对双光子吸收法的概述，即双光子吸收法的基本原理、应用领域以及它在科学研究和工程实践中的重要性。
同时，引言部分也会明确文章的结构和目的。
第二部分是正文部分，将重点介绍双光子吸收法的原理。
17-18华南农业大学期末考试试卷半导体物理A
装订线华南农业大学期末考试试卷（A卷）2017-2018学年第一学期考试科目：半导体物理考试类型：（开卷）考试考试时间：120 分钟学号姓名年级专业题号一二三总分得分评阅人一、选择题（本大题共20 小题，每小题 1 分，共20 分。
请将正确答案填在下面表格内，写在其它位置无效。
）题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10选项题号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20选项1. 硅的晶体结构是（）A.金刚石B.闪锌矿C. 纤锌矿D.氯化钠2. 历史上锗在同硅的竞争中失利,最不可能的原因是（）A.硅便宜而锗贵B.锗的氧化物不如硅的氧化物稳定C. 同硅相比,锗容易碎D.硅最早进入人们视线,先入为主3.同硅相比,砷化镓具有一些明显优点。
下面不属于其优点的是（）A.频率特性好B. 工作温度高C. 光电性能好D. 毒性小4.以下不属于深能级杂质特点的关键词是（）A. 杂质浓度高B. 复合中心C. 电子陷阱D. 高速器件5.哪位发明家根据爱迪生效应制造出真空二极管?（）A. 爱迪生B.弗莱明C. 史密斯D. 布劳恩6.下面那个选项为挥发性半导体存储器? （）A. FLASHB.DRAMC. EEPROMD. P ROM7.人眼所见之白色光至少包括几种以上波长之色光所形成? （）A. 一种B.二种C. 三种D. 四种得分8.砷化镓的禁带宽度大约为 1.41eV,请问其发光频率在什么范围？（）A. 紫外光B.紫光C. 红光D. 红外光9.打印机里的硒鼓是一只表面上涂覆了硒的圆筒。
请问用于硒鼓上的硒利用了半导体的那种性质工作？A. 温度特性B.光电导特性C. 光伏特性D. 电容特性10.量子隧穿效应经常用于解释半导体器件的工作原理。
请问下面那个器件（或结构）的工作原理与隧穿效应无关？（）A. 江崎二极管B.稳压二极管C. 金属-半导体欧姆接触D. 整流二极管11.下面说法中错误的是（）A. 目前我国常用蓝光芯片的材质为InGaNB. Ⅲ、Ⅴ族杂质在硅和锗晶体中为深能级杂质C. 硅晶体结构是金刚石结构D. 砷化稼的能带结构是直接带隙结构12. 关于pn结，下列说法中不正确的是（）A. pn结是结型半导体器件的心脏。
高功率线性梯度折射率GaAs／AlGaAs单量子阱激光器
．
１５ ｍ ．ｐ
５ｎ ０ ｍ ２ｍ
Ｇ Ａ 缓 冲层 ａｓ
ｎ．ａ Ｇ Ａｓ 衬底 图 １ Ｇ Ｎ Ｓ
Ｆ １ Ｓ ｈ ｍａｉ ｔｕ ｔｒ ｆ ｃ ｅ ｔ ｓｒｃｕｅｏ ｃ ＧＲＩ Ｓ Ｈ— ＱＷ ｓｒ Ｎ—Ｃ Ｓ ｌ ｅ ａ
电子领 域 研 究 的 热 点。 与 普 通 分 别 限 制 结 构 （ Ｃ ｏｗ ） 比． Ｓ Ｈｓ 相 采用 梯度折 射率分别 限制结 构 （ ＲＩ Ｓ Ｈ—ｑｗ） Ｇ Ｎ—Ｃ ｓ 的优 点在 于 ： 以形 成垂直 光 可 波导 和载流子 势垒 ， 高 对 光子 和载 流 子 的纵 向 提
超过 ５０ Ｗ， ０ ｒ 激射 波长 为 ８ ０ ３ ｍ， ｏ ２ ．ｒ 并讨论了注 入电流和温度改变对 波长的影响。 ｉ 关 键 词： 梯度折射率 ；分别限制结构 ； 单量子阱 ； 激光器 文献 标识码 ： Ａ
中围分类号：０ ７ ． ４ ２３
１ 引
言
射 率 波 导 层 （ × １ ｃ ’ ；１ ５ ｍ 的 ｐ ２ ０ ｍ一 ） ． － Ａ ａ－ ｌＧ Ｉ （－ ． ） ２ ＝０ ６ 限制 层 （ ２× １ ｃ 一 ； ０ Ｔ ） ｎ
０ ６） 制 层 （ × １ ｃ ． 限 ２ ０ ｍ ） ０ ３ 的 ｎ ； ．６ ｍ ． Ａｌ ａ一 Ａ （ ＝０ ６ ． ） １ ｓ Ｇ ． ～０ ２ 梯度折射 率 渡导 层（ ２ ×１ ｃ ） １ ｒ 的 Ｇ Ａ￥ 子 阱层 （ 掺 杂 ） ０ ｍ ；０ ｍ ｉ ａ 量 未 ； ０３￣ ．６． ｍ的 ｐＡＩ １ — 一 Ｇａ （ ＝０ ２ ． ） ． ～０ ６ 梯度 折
限制 能力 ｌ． 效地 降低 阈值 电流 密 度， 而 增 ５有 Ｊ 从
加输 出功率 。ＭＢ （ 子柬 外 延） ＭＯ Ｅ（ Ｅ分 、 ＶＰ 金属
双光子吸收过程中的非线性光学效应
双光子吸收过程中的非线性光学效应双光子吸收是一种非线性光学过程，其中两个光子作用在同一时间和空间上与物质发生相互作用，从而引发了一系列非常有趣的效应。
在这篇文章中，我们将深入探讨双光子吸收过程中的非线性光学效应。
首先，让我们先了解一下双光子吸收的基本原理。
在常规的单光子吸收中，一个入射光子与物质相互作用，将能量传递给物质的电子，从而导致电子跃迁至更高的能级。
而在双光子吸收过程中，由于两个光子的共同作用，能量的传递具有更高的阈值和更大的截面积。
双光子吸收过程中的非线性光学效应主要体现在两个方面。
首先是非线性吸收。
在双光子吸收中，由于两个光子的能量相加，使得物质对光的吸收能力增强。
这种非线性吸收效应在一些高能量激光器的实验中得到了广泛的应用，如材料加工、生物医学等。
通过调整光的参数，可以实现对不同材料的选择性吸收，从而实现精确的微加工和显微成像。
其次是非线性折射。
在传统的线性光学过程中，折射率与光强成正比。
然而，在双光子吸收过程中，随着光强的增加，物质的折射率不再是线性的，而是呈现出非线性的变化。
这种非线性折射效应可以用来控制光的传播路径，实现光的调制和操控。
例如，在光纤通信中，可以通过调整光的强度，实现光信号的隔离和调制。
此外，非线性光学效应还包括双光子发射和二次谐波发生。
在双光子发射中，两个光子与物质相互作用，从而引发了新的光子的发射。
这种效应在一些光学成像和光学显微镜中得到了广泛的应用。
而二次谐波发生是指当入射光的频率为ω时，物质能够产生二次谐波光的频率为2ω。
这种效应在光谱分析和激光器中也有着重要的应用价值。
另外，非线性光学效应还可通过材料的选择和光的控制来实现。
一些特殊的材料，如非线性晶体和有机分子等，具有较大的非线性吸收和折射效应。
通过选择这些材料，并结合适当的光源和控制方法，可以实现更加精确的非线性光学效应。
总之，双光子吸收过程中的非线性光学效应是一项非常有趣和有潜力的研究领域。
通过对这一过程的深入研究，我们可以更加深入地了解光与物质相互作用的机制，进而开发出更加先进和高效的光学技术和应用。
第8章光学双稳性及其不稳定性
第8章光学双稳性及其不稳定性本章内容：光学双稳性是具有反馈的非线性光学系统的特性。
主要介绍：一、光学双稳性：主要介绍光学双稳态的定义；F-P型光学双稳器件原理：包括吸收型和折射型本征光学双稳性，以及电光型混合光学双稳性。
二、光学不稳定性：主要讨论光学双稳态的稳定性与不稳定性：双反馈不稳定性和延时不稳定性，以及周期倍增和光学混沌现象。
8.1 光学双稳性8.1.1 光学双稳性的基本概念1. 光学双稳性（Optical Bistability）●光学双稳性定义：如果一个光学系统在给定的输入光强下，存在着两种可能的输出光强状态，而且可以实现这两个光强状态间的可恢复性开关转换，则称该光学系统具有光学双稳性。
●光学双稳特性曲线：透射光强是入射光强的二值和多值函数。
输出光强与输入光强的关系是一种类似于铁磁性或铁电性的滞后回线，有以下两个特征：(1) 延滞性：透射光总是滞后于入射光，延滞性决定其系统的稳定特性，来源于负反馈作用。
(2)突变性：两状态间的快速开关转换，这种两状态间的快速转换特性，起源于正反馈作用。
反馈在光学双稳性中起着关键性作用。
光学双稳性一般是指光强的双稳性，有时也被推广用于其他物理量，如频率的双稳性等。
2．光学双稳器件（Optical Bistable Devices）光学双稳器件——具有光学双稳性的光学装置;具有反馈的非线性光学器件。
光双稳器件＝光学非线性＋反馈机制构成光双稳器件的三要素：非线性介质，反馈系统，入射光能。
最简单的光学双稳器件——在F-P光腔中放置一块非线性介质。
F-P型光学双稳器件像一个激光器。
光双稳器件与激光器比较3．光学双稳器件的分类●按反馈方式分类，光双稳器件主要可分为：（1）全光型——纯光学反馈器件。
例如，含有非线性介质的F-P标准具。
（2）混合型——混合反馈器件。
例如：具有反馈的电光调制器，及其他电光、磁光、声光器件。
●按非线性机制分类，光双稳器件可以分为：①吸收型——由非线性吸收引起。
中科芯电：光电子外延材料产业的探索者
中科芯电：光电子外延材料产业的探索者作者：孙晓霞来源：《新材料产业》2019年第05期我国电子信息产业在连续多年保持平稳较快发展的同时，也进入了“由大变强”的关键期。
在高科技产业领域，核心基础材料往往扮演着极为关键的角色，是需要持续高投入、承受高风险、费时费力的一大领域。
而核心材料正是我国在信息产业领域难以突破的关键掣肘之一。
近几年，砷化镓（GaAs）光电子的发展和应用备受关注。
尤其是苹果（Apple）公司推出了集成有GaAs激光器的新款iPhone X，成功地实现了3D传感和人脸识别功能，GaAs光电子市场应用的快速崛起显得一片光明，GaAs光电子因此也正在成为一颗熠熠闪光的新星。
有预测表示，随着5G时代的逐步到来，整个社会将进入万物互联的新阶段，光电子相关芯片、器件需求量将进一步爆发。
在GaAs光电子产品及其激光器芯片的大热的同时，外延材料的发展现状也引发了业界的格外关注，原因是光电器件的主要性能取决于外延材料。
为此，本刊记者走近了中科芯电半导体科技（北京）有限公司（以下简称“中科芯电”）——我国具有自主知识产权的GaAs分子束外延（MBE）大规模生产企业。
几十年潜心钻研，成就核心技术曾一平，中科芯电技术总监、中国科学院半导体研究所（以下简称“中科院半导体所”）研究员。
从中国科学技术大学毕业后，曾一平进入了中科院半导体所，自此与化合物半导体微结构材料及相关器件的研究工作结下了不解之缘。
曾一平亲证了我国半导体材料产业的发展历程，也参与了许多重大实践。
例如，20世纪80年代初，曾一平参与过由4个单位联合进行MBE设备攻关项目，具体单位有中科院半导体所、中国科学院物理研究所，中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，项目最后成功制备出了我国自主生产的第一二三代MBE设备。
但在1992年国外对我国MBE设备解除禁令之后，我国逐步停止了对MBE设备的研制，目前国内的MBE设备尚需全部依赖进口。
氢等离子体处理对GaAs／AlGaAs超晶格材料性能的影响
由于 近 ０ ０年 来 薄 膜 生 长 技 术 的 快 速 发 展 ， 之 ２ 加 Ｇａ ／ Ｇａ Ａｓ Ａ１ Ａｓ多 量 子 阱 超 晶 格 材 料 本 身 具 有 价 格
晶格 材 料 ． ９ ５年 Ｗｅ ｔ 人 最 先 在 实 验 上 观 察 １８ ｓ［ 等 ２
到 Ｇａ ／ Ｇａ Ａｓ Ａｌ Ａｓ多 量 子 阱 结 构 子 带 间 电子 跃 迁 引 起 的红 外 吸 收 现 象 ， 由此 导 致 了 利 用 多 量 子 阱 子 带 间跃 迁 制造 新 型 红 外 探 测 器 技 术 的 发 展 ． 后 美 国 尔 贝尔 实 验 室 的 Ｌ ｖｎ ｅ ｉｅ等 人 对 红 外 探 测 器 的 实 用 化
低 、 稳 定 性 好 、 干扰 能力 和 抗 辐 射 能 力 强 以及 大 热 抗 面 积 均 匀 性 好 等 优 点 ， 年 来 调 制 掺 杂 的 Ｇａ ／ 近 Ａｓ
Ａ１ Ａｓ 量 子 阱 超 晶格 材 料 的研 究 取 得 了很 大 的 Ｇａ 多 进 展 ８． 由 于 Ｇａ ／ Ｇａ ］但 Ａｓ Ａ１ Ａｓ多 量 子 阱 超 晶 格
摘 要 ： 利 用 ＭＯＣＶＤ 方 法制 备 的 调 制 掺 杂 Ｇａ ／ Ｇａ 在 Ａｓ Ａ１ Ａｓ多 量 子 阱超 晶格 材 料 中 ， 于 深 能 级 由
杂质 形 成 的 非 辐射 复合 中心 的存 在 ， 样 品 具 有 较 大 的 暗 电流 并 削 弱 了该 材 料 的 光 致 发 光 强度 ． 使
Ｊ ｎ ｎ ２ ０ ０ ，Ｃ ｉ ａ ｉａ ５ １ ０ ｈ ｎ ） Ａ ｓｒｃ ：ｎ ｔ ｅ Ｇａ ／ Ｇａ ＱＷ ｕ ｅ—ａｔ ｅ ｒ ｗｎ ｂ ｂ ｔａｔ Ｉ ｈ Ａｓ Ａ１ Ａｓ Ｍ ｓ ｐ ｒｌｔｉ ｓｇ ｏ ｙ ＭＯＣ ｃ ＶＤ，ｔ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ ｅｐ ｈ ｘｓｅ ｃ ｆｄ ｅ
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GaAs/AlGaAs双量子阱结构的子带光学吸收
伍滨和*,曹俊诚,夏冠群
(中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海200050)
摘要:利用微观运动方程计算了超快红外泵浦光引起的半导体双量子阱结构的子带间极化。
基于自洽场理论,可以求出瞬态探测光吸收系数。
这一方法没有采用稳态假设。
计算了不同泵浦强度和泵浦探测延时的吸收系数。
利用这一模型可以计算半导体微结构中的相干载流子的控制问题。
关键词:双量子阱;子带跃迁;光学吸收
中图分类号:O472+ 3;O481 3 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2004)03-0577-02
纳米尺度上的半导体结构的相干效应具有许多新颖的电学和光电子效应,比如Bloch振荡,相干载流子控制等[1]。
这些低维半导体结构具有的独特性质来源于对电子运动的量子限制。
在量子阱结构中,阱的导带在延着生长方向将会分离为数个子带。
近年来,无论是从理论还是应用的角度,子带间跃迁都引起了极大的兴趣。
多子带情形下的泵浦探测吸收问题往往采用稳态模型简化描述。
包含两个导带子带的飞秒泵浦探测瞬态子带吸收实验结果已有报道。
对于超快的过程,稳态假设并不适用。
包含多子带的瞬态电子动力学研究十分必要。
本文中,我们利用3个子带中电子的运动方程计算吸收谱。
多电子的相互作用利用随机位相近似(random phase approximation)来处理。
吸收谱可以通过Fourier变换得到。
1 计算结果
我们考虑一个n型掺杂的双量子阱结构,两个GaAs量子阱被宽度为1.13nm的AlGa As势垒隔开。
两阱宽度分别是7.0和3.5nm。
这一非对称设计是为了破坏对称性。
使从第一子带到第三子带的跃迁满足对称性要求。
本征能量和波函数可以在有效质量假设下,自洽求解Schrodinger方程和Poisson方程来得到。
计算的最低的3个子带和半导体双量子阱结构如图1所示。
电子在半导体中的Hamilton量包括动能项和Coulomb相互作用项。
当外加辐射场和电场时,电子和外场的相互作用也对总Hamilton量有贡献。
所以电子总的Hamilton量是以上几项的和[2]。
在旋波近似(rotating wave approximation)下,利用Heisenberg 运动方程可以推导出子带粒子数和子带极化所满足的方程[3]。
方程中考虑了Coulomb相互作用,对于其他散射机制采用唯象去相时间近似。
泵浦光耦合第一子带和第三子带,探测光耦合第
二
图1 双量子阱结构的导带子带波函数和能级(实线表示泵浦光耦合第一子带和第三子带,虚线表示探测光束) Fig.1 Calculated effective potential for double quantum well structure(solid thick arrow represents pumping pulse
coupled to two subbands,E1and E3.The dashed thick
arrow stands for probe light)
第28卷 第3期Vol.28 .3
稀 有 金 属
C HINE SE JOURNAL OF RARE ME TALS
2004年6月
June2004
收稿日期:2004-02-15;修订日期:2004-04-09
基金项目:国家重点自然科学基金(2001CCA02800),重大国家研究项目特别基金(G2*******)和上海市科技发展基金-光计划专项(011661075)资助项目
作者简介:伍滨和(1976-),男,重庆市石柱县人,博士研究生
*通讯联系人(E-mail:bhwu@mail.si )
子带和第三子带。
我们感兴趣的是探测光的吸收。
通过方程可以求解出第二、三子带间的极化值。
通过Fourier 变换可以得到吸收系数,表示为: ( )=2 0 b Lc
Im (P ( )
E ( ))
计算结果中,吸收系数受泵浦强度影响很大,如图
2所示。
图2 不同泵浦强度下探测光的吸收性质(负的吸收系数表
示探测光的光增益)
Fig.2 Absorption coefficients with various pumping intensi ties
(negative absorp tion represen ts op tical gai n of probe field)
泵浦光将电子从第一子带泵浦到更高的子带(第三子带)。
从而在第二和第三子带间实现粒子数反转。
随着泵浦光强增加,光增益也随之增加。
图2的结果中,探测光和泵浦光的延时为1ps 。
在超快泵浦探测实验中,激发电子将改变吸收和折射系数,这些变化可以在探测光束中测量出来。
不同延时下探测光束的吸收谱将给出载流子动力学信息。
瞬态吸收系数和延迟的关系示于图3。
图中
曲线表示不同延迟的瞬态吸收谱(底x 轴和左y 轴),带有符号的线表示吸收系数和延迟时间的关系(上x 轴和左y 轴)。
E 32的大小约为132meV 。
吸收系数随延迟时间指数下降,这反映了子
带中载流子的动力学特性。
图3 瞬态吸收系数与延时的关系
Fig.3 Relation between the absorption spectra and delay ti mes
2 结 论
利用数值方法研究了量子阱结构中超快红外光引起的吸收谱的变化。
从Heisenberg 方程我们建立了微观的运动方程。
基于自洽场理论求解这些方程求得子带间极化的大小,得到瞬态探测光的吸收系数。
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In tersu bband O ptical Absorp tion in GaAs/A lGaAs Double Qu antum Well Stru cture
Wu Binhe *,Cao Juncheng,Xia Guanqun (State Key Laboratory o f Functional Materials f or In f ormatics,Shanghai Institute o f Mic rosystem and In f ormation Technology ,Chinese Academy o f Sciences,Shanghai 200050,China)
Abstract:The microsc opic equations of motion including many -body effects were derived to study the intersubband polarization in the double quantum well structure induced by an ultrafast pumping infrared light.Based on the sel-f
consistent field theory,the transient probe absorption co -efficient was calculated.These calculations were beyond
the previous steady -state assumption,Transient probe ab -sorption spectra were calculated under different pumping intensity and various pump probe delay.
Key words:double quan tum well;intersubband transition;optical absorp tion
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稀 有 金 属
28卷。