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掺杂多量子阱的光学性质研究

黄海北  
【摘要】:电磁波谱位于0.1-10THz频率范围内(波长3000-30微米)的区域被称为太赫兹(THz)辐射波段。由于该波段处十未被人类开发的红外至微波波段之间,所以,近些年来人们对诸如怎样产生THz辐射等问题进行了广泛的研究。其中,以掺杂量了阱作为THz的发射源,是近期人们研究的热点。这样,可以通过改变量子限制效应,来人为的控制THz辐射的频率。本文通过低温下光致发光(PL)、拉曼(Raman)以及Fourier变换红外吸收光谱技术,对受主Be原子δ掺杂GaAs/AIAs多量子阱的发光性质进行了细致的研究,并以相应理论辅佐,观测到了量子阱内受主杂质原子能级之间的跃迁。 论文以THz辐射的产生及应用前景为背景,首先介绍了THz技术的研究意义和发展历程;其次叙述了本文用到实验样品的制备过程;然后简单的描述了量子阱及其中杂质的能级结构;之后重点阐述了实验样品的PL、Raman以及Fourier变换红外吸收光谱的研究结果;最后,列出了用于计算原子能级结构的理论及计算公式,并与实验结果进行对比。 在对GaAs/AIAs多量子阱样品的PL光谱测量中,观测到了关于自由激子受主束缚激子、自由激子到受主束缚激子跃迁过程的光谱。通过对这些过程的详细分析,得到了受主基态(1S3/2)到激发态(2S3/2)所需的能量。此外,通过对不同宽度多量子阱样品PL光谱的对比,还得出了杂质原子能级间跃迁能量与量子阱宽度的关系。 通过样品的Raman散射实验,可以清楚的看到存在于GaAs材料中的低阶纵光学膜声子(LO)振动模式,以及量子阱中GaAs和AlAs交界面振动所引起的表而振动模式(IF)。此外,观测到了有关受主Be原子能级1S3/2到2S3/2的跃迁谱线。通过与之前样品PL光谱的对比,发现了二者的一一致性。 在Fourier变换红外吸收光谱中,通过对不同阱宽样品的观测,可以清楚地发现三条分别来源于受主Be原子基态到奇宇称激发态的跃迁谱线。该结果与Raman实验可以互相补充。 最后,本论文采用有效质量包络函数近似理论和有限差分打靶迭代算法,计算了不同量了阱宽度下,受主杂质Be原子基态(1S3/2)到激发态(2S3/2)所需的能量。计量结果表明,1S3/2到2S3/2态的能量随量子阱宽度的减小而逐渐增大,并且该结果与实验数据符合较好。


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