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基于外延生长在具有应变缓冲层的GaAs (1?1?1)A和(1?0?0)A衬底上的In<sub>0.5</sub>Ga<sub>0.5</sub>As光电导天线
摘要： 采用太赫兹时域光谱法研究了低温与高温生长的未掺杂及硅掺杂In0.5Ga0.5As薄膜上制备的螺旋光电导天线产生的太赫兹波。这些In0.5Ga0.5As层通过分子束外延技术生长于具有(100)和(111)A晶向的GaAs衬底上，使用了阶梯渐变InxGa1?xAs应变缓冲层。天线分别以2.5皮秒和100飞秒脉冲宽度的Er3+光纤激光器（波长1.56微米）进行激励。研究发现：基于InGaAs的(111)A晶向GaAs衬底天线比(100)晶向衬底的太赫兹波产生效率高出3-4倍。同时报道了LT-InGaAs天线直至并超过阈值击穿电压的功率-电压特性曲线。
关键词： 时域光谱学、太赫兹波产生、光电导天线、砷化镓(111)A面、铟镓砷、分子束外延
更新于2025-09-09 09:28:46
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基于InGaAs和InGaAs/InAlAs薄膜的光电导天线产生太赫兹辐射。
摘要： 外延低温生长（LT）的半导体砷化物（Al、Ga、In）As因其亚皮秒级载流子寿命、较高迁移率与高电阻率的特性组合，被广泛用作太赫兹（THz）频段脉冲辐射的光电导天线（PCA）发生器与探测器材料[1-3]。近期研究表明，InGaAs因具有0.74 eV的室温带隙（可采用Er3?光纤激光飞秒脉冲实现1.56 μm光激发）[4-6]，成为极具潜力的THz-PCA光电导材料候选者。低温生长会导致晶体结构中过量砷的非化学计量掺杂，其中最常见的非化学计量点缺陷为砷反位缺陷，其浓度随衬底温度和砷过压不同介于101?~101? cm?3范围[7-10]。这些位于半导体禁带中的反位相关缺陷能带对载流子动力学起关键作用——通过反位中心实现的快速非辐射复合，使优化生长退火条件下的LT材料具有亚皮秒级载流子寿命[11,12]。学界普遍认为光激发电子的主要陷阱是电离的反位缺陷[13-15]。提升LT-InGaAs电阻率的有效方法之一是采用LT-InGaAs/InAlAs超晶格结构[6,13,16,17]：相比LT-InGaAs，LT-InAlAs层具有更高暗电阻率，且其深能级陷阱位于相邻InGaAs层反位缺陷能级之下，从而降低残余载流子浓度。 图1显示时域THz辐射振幅，可见基于InGaAs/InAlAs结构的信号强度因更高偏置电压（得益于更高样品电阻与更低暗电流，且不导致样品击穿）达到5-6倍增强。图2对比了LT-InGaAs/InAlAs与LT-InGaAs天线材料的傅里叶振幅谱，发现前者在0.1-0.6 THz范围频谱略宽，这归因于电子从导带跃迁至反位态的特征弛豫时间差异。我们通过"泵浦-探测"光谱法测定电子弛豫特征时间（图3展示LT-InGaAs与LT-InGaAs/InAlAs样品时域归一化透射率依赖关系，采用双指数模型拟合实验曲线：τ?表示电子被AsGa电荷缺陷捕获的时间[18,19]，τ?为捕获电子-空穴复合时间[17]）。由于LT-InGaAs/InAlAs样品的特征弛豫时间更短，导致其频谱呈现差异。研究表明，LT-InGaAs/InAlAs超晶格的THz产生效率比LT-InGaAs高约5-6倍，且该超晶格因更短的电子弛豫时间，在0.1-0.6 THz范围具有更宽的频谱响应。
关键词： 光电导天线，铟镓砷（InGaAs），太赫兹辐射，太赫兹频段，铟镓砷/铟铝砷（InGaAs/InAlAs），低温材料（LT-materials）
更新于2025-09-04 15:30:14