一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法

摘要

本发明涉及一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，过改变入射激光波长有效调控GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势。本发明的方法调控效果显著，实施简便。

权利要求

1.一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：用分子束外延设备生长GaAs/AlGaAs半导体二维电子气样品；

步骤S2：使入射激光波长为1064nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温

300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流；

步骤S3：使入射激光波长为532nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流；

步骤S2包括以下两个步骤：

步骤S21：通过改变入射激光的波长来调控GaAs/AlGaAs二维电子气的线偏振光致电流；

步骤S22：改变入射到样品上1064nm激光的偏振状态，使样品产生线偏振光电流；之后经过公式拟合提取出1064nm波长激光照射下的线偏振光致电流信号，再测试样品在激光照射下且加1V电压时的普通光电流I，将线偏振光用普通光电流I归一化，即将测得的线偏振光致电流LPGE信号除以普通光电流I，以去除载流子变化带来的影响，得到线偏振光LPGE用普通光电流I归一化后的LPGE/I随温度的变化趋势；

步骤S3包括以下两个步骤：

步骤S31：通过改变入射激光的波长来调控半导体二维电子气的线偏振光致电流；

步骤S32：改变入射到样品上532nm波长激光的偏振状态，使样品产生线偏振光电流；之后经过公式拟合提取出532nm激光波长照射下的线偏振光致电流信号；

再测试样品在激光照射下且加1V电压时的普通光电流I，将线偏振光用普通光电流I归一化，即将测得的线偏振光致电流LPGE信号除以普通光电流I，以去除载流子变化带来的影响，得到线偏振光LPGE用普通光电流I归一化后的LPGE/I随温度的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，其特征在于：步骤S1具体为：用分子束外延法在GaAs衬底上生长半导体量子阱样品；样品的生长过程为：首先在样品上生长10个周期GaAs/Al0.3Ga0.7As超晶格作为缓冲层，再生长大于1μm的GaAs缓冲层，然后生长30nm厚的Al0.3Ga0.7As，进行Si-δ掺杂后再生长50nm厚的Al0.3Ga0.7As，最后生长10nm厚的GaAs；所述半导体量子阱样品材料为单晶的GaAs/AlGaAs，且在二者的接触面上形成二维电子气。

3.根据权利要求1所述的一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，其特征在于：所述步骤S2与步骤S3中样品温度的控制通过杜瓦瓶和温控箱组成的控温系统进行控制。

说明书

一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度

变化趋势的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体及固体电子学领域，特别是一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法。

背景技术

[0002] 线偏振光致电流与光致激发过程、声子散射、静态缺陷散射、载流子在非对称中心散射及光子摇曳效应等相关。研究线偏振光致电流有利于制备实用的线偏振相关光电器件，例如偏振探测器、线偏振光伏器件、及光开关等。研究线偏振光电流随温度变化趋势的调控有利于提高线偏振相关器件的温度稳定性。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提出一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，实现起来较为便捷，成本低，调控效果好。

[0004] 本发明采用以下方案实现：一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤S1：用分子束外延设备生长GaAs/AlGaAs半导体二维电子气样品；

[0006] 步骤S2：使入射激光波长为1064nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流；

[0007] 步骤S3：使入射激光波长为532nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流。

[0008] 进一步地，步骤S1具体为：用分子束外延法在GaAs衬底上生长半导体量子阱样品；样品的生长过程为：首先在样品上生长10个周期GaAs/Al0.3Ga0.7As超晶格作为缓冲层，再生长大于1μm的GaAs缓冲层，然后生长30nm厚的Al0.3Ga0.7As，进行Si-δ掺杂后再生长50nm厚的Al0.3Ga0.7As，最后生长10nm厚的GaAs；所述半导体量子阱样品材料为单晶的GaAs/AlGaAs，且在二者的接触面上形成二维电子气。

[0009] 进一步地，所述步骤S2与步骤S3中样品温度的控制通过杜瓦瓶和温控箱组成的控温系统。

[0010] 与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明提供了一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，实现较为便捷，成本低，调控效果好。

附图说明

[0011] 图1为本发明实施例中GaAs/AlGaAs二维电子气样品示意图。

[0012] 图2为本发明实施例中所用的光路示意图。

[0013] 图3为本发明实施例中激光的入射平面示意图。

[0014] 图4为本发明实施例中入射激光波长为1064nm时的测试结果图。

[0015] 图5为本发明实施例中入射激光波长为532nm时的测试结果图。

[0016] 图中：1为(001)面的GaAs衬底，2为10个周期GaAs/Al0.3Ga0.7As超晶格，3为大于1μm的GaAs，4为30nm厚的Al0.3Ga0.7As，5为50nm厚的Al0.3Ga0.7As，6为10nm厚的GaAs，7为Si-δ掺杂，8为GaAs/AlGaAs界面上生成的二维电子气，9为1064nm波长激光器，10为532nm波长激光器，11和12为反射镜，13为渐变衰减片，14为斩波器，15和18为小孔光阑，16为起偏器，17为四分之一波长波片，19为样品，20和21为沉积的铟电极。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

[0018] 本实施例提供了一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势的方法，样品为分子束外延法在GaAs衬底上生长的GaAs/AlGaAs异质结，在GaAs和AlGaAs的界面上形成了二维电子气。本实施例中，使得1064nm波长的激光和532nm波长激光分别入射到样品上，其中激光的入射角为30°，通过液氮以及控温系统控制样品温度从77K至室温300K的变化，从而调控GaAs/AlGaAs二维电子气的线偏振光致电流变化趋势。

[0019] 本实施例具体包括以下步骤：

[0020] 步骤S1：用分子束外延设备生长GaAs/AlGaAs半导体二维电子气样品；

[0021] 步骤S2：使入射激光波长为1064nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流；

[0022] 步骤S3：使入射激光波长为532nm，将样品置于杜瓦瓶中，使样品温度由77K至室温300K变化，测量样品随温度变化的线偏振光致电流。

[0023] 在本实施例中，所述步骤S1中所述的条件为：样品是一个利用分子束外延法生长的。样品衬底为(001)面的GaAs。样品的生长过程如下，首先在样品上生长10个周期GaAs/Al0.3Ga0.7As超晶格作为缓冲层，防止衬底的缺陷蔓延至样品中，再生长大于1μm的GaAs缓冲层，然后生长30nm厚的Al0.3Ga0.7As，进行Si-δ掺杂后再生长50nm厚的Al0.3Ga0.7As，最后生长10nm厚的GaAs作为盖层。样品各层都为单晶，样品在GaAs和AlGaAs的界面上会生成二维电子气。样品结构如图1所示。

[0024] 本实施例中样品的边沿平行于样品的[110]晶向和[1 0]晶向，在样品的对角方向即[100]晶向沉积了一对铟电极。铟电极沉积完成后，在420℃下真空中退火15分钟。再在铟电极上焊上银线，以便获取线偏振光电流信号。

[0025] 在本实施例中，所述步骤S2可分为S21及S22两个具体步骤：

[0026] 步骤S21：通过改变入射激光的波长来调控GaAs/AlGaAs二维电子气的线偏振光致电流。实施例中将样品置于杜瓦瓶中，并在杜瓦瓶中注入液氮，通过由杜瓦瓶和温度控制箱组成的控温系统控制样品温度从77K至室温300K的变化。通过控制1064nm激光器的开关，使得1064nm波长的激光入射到样品上。其中激光的入射角为30°，入射平面如图3所示。

[0027] 步骤S22：改变入射到样品上1064nm激光的偏振状态，使样品产生线偏振光电流。具体光路如图2所示。首先准直光路，调整激光经过两个小孔光阑，激光经过斩波器后，再经过起偏器使得激光的偏振方向和起偏器的偏振方向一致，然后经过四分之一波片后照射在样品上。其中样品的边沿平行于晶体的[110]和[1 0]晶向，在样品的对角方向即[100]晶向沉积了一对铟电极。铟电极沉积完成后，在420℃下真空中退火15分钟。再在铟电极上焊上银线，银线和导线相连接入前置放大器以便获取线偏振光电流信号。在本实施例中激光与样品平面的夹角为60°，激光的入射平面如图3所示。实施例中通过步进电机控制四分之一波片以每个步长5°转动，共转过360°。由于波片转动，入射到样品上的激光在线偏振光和圆偏振光之间周期变化。样品所得的与波片转动同步的信号经过前置放大器和锁相放大器放大后输入电脑。之后经过公式拟合提取出1064nm波长激光照射下的线偏振光致电流信号。再测试样品在激光照射下且加1V电压时的普通光电流I，将线偏振光用普通光电流I归一化，即将测得的线偏振光致电流LPGE信号除以普通光电流I，以去除载流子变化带来的影响。线偏振光LPGE用普通光电流I归一化后的LPGE/I随温度的变化趋势如图4所示。

[0028] 在本实施例中，所述步骤S3可分为S31及S32两个具体步骤：

[0029] 步骤S31：通过改变入射激光的波长来调控半导体二维电子气的线偏振光致电流。实施例中将样品置于杜瓦瓶中，并在杜瓦瓶中注入液氮，通过由杜瓦瓶和温度控制箱组成的控温系统控制样品温度从77K至室温300K的变化。通过控制532nm激光器的开关，使得
532nm波长激光入射到样品上。其中激光的入射较为30°，入射平面如图3所示。

[0030] 步骤S32：改变入射到样品上532nm波长激光的偏振状态，使样品产生线偏振光电流。具体光路如图2所示。激光经过斩波器后，在经过起偏器使得激光的偏振方向和起偏器的偏振方向一致，然后经过四分之一波片后照射在样品上。其中样品的边沿平行于晶体的[110]和[1 0]晶向，在样品的对角方向即[100]晶向沉积了一对铟电极。铟电极沉积完成后，在420℃下真空中退火15分钟。再在铟电极上焊上银线，银线和导线相连接入前置放大器以便获取线偏振光电流信号。在本实施例中激光与样品的夹角为60°，激光的入射平面如图3所示。实例中通过步进电机控制四分之一波长波片以每个步长5°，共转过360°，由于波片转动，入射到样品上的激光在线偏振光和线偏振光之间周期变化。样品所得的与波片转动同步的信号经过前置放大器和锁相放大器后输入电脑。之后经过公式拟合提取出532nm激光波长照射下的线偏振光致电流信号。再测试样品在激光照射下且加1V电压时的普通光电流I，将线偏振光用普通光电流I归一化，即将测得的线偏振光致电流LPGE信号除以普通光电流I，以去除载流子变化带来的影响。线偏振光LPGE用普通光电流I归一化后的LPGE/I随温度的变化趋势如图5所示。

[0031] 图4是本发明一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势方法的实施例所测得的结果。测试所用光路如图2所示，激光入射平面如图3所示，其中激光与样品的夹角为60°。由图4可知随着温度的上升，在1064nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流增大。

[0032] 图5是本发明一种改变GaAs/AlGaAs二维电子气中线偏振光致电流随温度变化趋势方法的实施例所测得的结果。测试所用光路如图2所示，激光入射平面如图3所示，其中激光与样品的夹角为60°。由图5可知随着温度的上升，在532nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流减小。

[0033] 在图4中，在1064nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流随温度的升高而增大，在图5中，在532nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流随温度的升高而降低。由图4图5可知，不同入射激光波长能有效调节半导体二维电子气的线偏振光致电流。

[0034] 本实例中通过改变入射激光波长调控半导体二维电子气的线偏振光致电流的原理如下：1064nm波长激光引起载流子的子带间激发，1064nm波长激光将半导体二维电子气导带中位于较低能级的电子激发到更高的能级上。532nm波长激光引起载流子的带间激发，将价带中的载流子激发到导带上去。1064nm波长的激光将GaAs和AlGaAs的界面上形成三角阱中导带的电子由低能级激发到更高能级上去。1064nm激光波长激发的线偏振光电流和三角阱内的电子密切相关。温度升高使得GaAs和AlGaAs界面的三角阱展宽，二维电子气中电子浓度下降，1064nm激光波长下测得的线偏振光电流随温度的升高呈上升趋势由于三角阱中的载流子浓度随温度上升而减小，载流子之间的无规则散射减少了，因此导致半导体二维电子气的线偏振光致电流增大。然而在532nm波长激光入射时，532nm波长激光将电子由价带激发入导带，导带中的电子在热激发下越过势垒进入量子阱，温度高时电子在热激发下越过势垒进入量子阱的概率更高，导致三角阱中的电子数增多，补偿了由于温度升高导致的电子浓度减小效应，且随温度升高载流子之间的无序散射增加了，因此532nm激光波长下测得的线偏振光电流随温度上升呈下降趋势。因而如图4和图5所示，在1064nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流随温度的升高而增大，在532nm波长激光照射下所测的线偏振光致电流随温度的升高而降低。

[0035] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。