宽带量子阱红外探测器（QWIP）的研究

【摘要】：GaAs／Al_xGa_(1-x)As量子阱红外探测器由于其灵敏度高，响应速度快，响应波长范围可调，器件性能均匀一致性好，有利于制成二维焦平面阵列等优点，因而，近十多年来，量子阱红外探测器的研究取得了迅速发展。然而量子阱红外探测器的光谱响应带宽较窄，这种红外探测器用于热成像时，则有些波长的光信号将被丢失，而会影响热成像质量。因此，增加量子阱红外探测器的光谱响应带宽是一个重要研究课题。为解决这一问题，本工作从理论和实验上进行了较系统的研究，其论文主要内容包括： 根据电子干涉模型，计算了GaAs／AlGaAs多量子阱结构的子能级位置，理论计算指出：多量子阱结构势垒以上存在着由电子干涉形成的传导态和定域态。处于传导态上的电子，在多量子阱结构中可沿与界面垂直方向输运，而处于定域态上的电子，基本限制在GaAs阱层中，难以在整个多量子阱结构中运动。并将此理论结果与K.P模型的计算结果作了比较。 实验测量了GaAs／AlGaAs多量子阱结构的光电流谱，观察到许多电流峰，并且将此实验结果与理论计算结果进行对照。发现实验结果与理论计算值相当好的一致。 多量子阱结构势垒以上传导态与定域态分别构成传导微带与定域微带，这些微带具有一定宽度。在外加电场作用下，这些传导微带按周期依次错开，形成Wannier-Stark阶梯。当存在光激发时，量子阱中的电子不仅可以竖直跃迁到其上各传导微带，而且还可以非竖直跃迁到其邻近阱上的各传导微带，在外电场作用下形成相应的光电流峰。 改变多量子阱结构的势垒宽度，可引起势垒以上各传导微带之间的能量间隔变化。当势垒宽度较窄时，各传导微带之间能量间隔较大，形成的各光电流峰之间的间距较大，彼此不交迭，光谱带宽较窄；适当增大势垒宽度，各传导微带之间的能量间隔相应变小，使形成的各光电流峰之间的间距变小而相互交迭，结果使光谱带宽展宽。采取恰当的理论设计，可选取最佳势垒宽度，使量子阱红外探测器的光谱带宽达到最大值。本工作已设计并制出的量子阱红外探