本發(fā)明涉及半導(dǎo)體及固體電子學(xué)領(lǐng)域，特別是一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)的方法。

背景技術(shù)：

線偏振光致電流與光致激發(fā)過(guò)程、聲子散射、靜態(tài)缺陷散射、載流子在非對(duì)稱中心散射及光子搖曳效應(yīng)等相關(guān)。研究線偏振光致電流有利于制備實(shí)用的線偏振相關(guān)光電器件，例如偏振探測(cè)器、線偏振光伏器件、及光開(kāi)關(guān)等。研究線偏振光電流隨溫度變化趨勢(shì)的調(diào)控有利于提高線偏振相關(guān)器件的溫度穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)的方法，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為便捷，成本低，調(diào)控效果好。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)的方法，包括以下步驟：

步驟S1：用分子束外延設(shè)備生長(zhǎng)GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體二維電子氣樣品；

步驟S2：使入射激光波長(zhǎng)為1064nm，將樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測(cè)量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流；

步驟S3：使入射激光波長(zhǎng)為532nm，將樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測(cè)量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流。

進(jìn)一步地，步驟S1具體為：用分子束外延法在GaAs襯底上生長(zhǎng)半導(dǎo)體量子阱樣品；樣品的生長(zhǎng)過(guò)程為：首先在樣品上生長(zhǎng)10個(gè)周期GaAs/Al_0.3Ga_0.7As超晶格作為緩沖層，再生長(zhǎng)大于1μm的GaAs緩沖層，然后生長(zhǎng)30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，進(jìn)行Si-δ摻雜后再生長(zhǎng)50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，最后生長(zhǎng)10nm厚的GaAs；所述半導(dǎo)體量子阱樣品材料為單晶的GaAs/AlGaAs，且在二者的接觸面上形成二維電子氣。

進(jìn)一步地，所述步驟S2與步驟S3中樣品溫度的控制通過(guò)杜瓦瓶和溫控箱組成的控溫系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)的方法，實(shí)現(xiàn)較為便捷，成本低，調(diào)控效果好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所用的光路示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中激光的入射平面示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中入射激光波長(zhǎng)為1064nm時(shí)的測(cè)試結(jié)果圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中入射激光波長(zhǎng)為532nm時(shí)的測(cè)試結(jié)果圖。

圖中：1為(001)面的GaAs襯底，2為10個(gè)周期GaAs/Al_0.3Ga_0.7As超晶格，3為大于1μm的GaAs，4為30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，5為50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，6為10nm厚的GaAs，7為Si-δ摻雜，8為GaAs/AlGaAs界面上生成的二維電子氣，9為1064nm波長(zhǎng)激光器，10為532nm波長(zhǎng)激光器，11和12為反射鏡，13為漸變衰減片，14為斬波器，15和18為小孔光闌，16為起偏器，17為四分之一波長(zhǎng)波片，19為樣品，20和21為沉積的銦電極。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例提供了一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)的方法，樣品為分子束外延法在GaAs襯底上生長(zhǎng)的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)，在GaAs和AlGaAs的界面上形成了二維電子氣。本實(shí)施例中，使得1064nm波長(zhǎng)的激光和532nm波長(zhǎng)激光分別入射到樣品上，其中激光的入射角為30°，通過(guò)液氮以及控溫系統(tǒng)控制樣品溫度從77K至室溫300K的變化，從而調(diào)控GaAs/AlGaAs二維電子氣的線偏振光致電流變化趨勢(shì)。

本實(shí)施例具體包括以下步驟：

步驟S1：用分子束外延設(shè)備生長(zhǎng)GaAs/AlGaAs半導(dǎo)體二維電子氣樣品；

步驟S2：使入射激光波長(zhǎng)為1064nm，將樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測(cè)量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流；

步驟S3：使入射激光波長(zhǎng)為532nm，將樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測(cè)量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流。

在本實(shí)施例中，所述步驟S1中所述的條件為：樣品是一個(gè)利用分子束外延法生長(zhǎng)的。樣品襯底為(001)面的GaAs。樣品的生長(zhǎng)過(guò)程如下，首先在樣品上生長(zhǎng)10個(gè)周期GaAs/Al_0.3Ga_0.7As超晶格作為緩沖層，防止襯底的缺陷蔓延至樣品中，再生長(zhǎng)大于1μm的GaAs緩沖層，然后生長(zhǎng)30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，進(jìn)行Si-δ摻雜后再生長(zhǎng)50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，最后生長(zhǎng)10nm厚的GaAs作為蓋層。樣品各層都為單晶，樣品在GaAs和AlGaAs的界面上會(huì)生成二維電子氣。樣品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本實(shí)施例中樣品的邊沿平行于樣品的[110]晶向和[10]晶向，在樣品的對(duì)角方向即[100]晶向沉積了一對(duì)銦電極。銦電極沉積完成后，在420℃下真空中退火15分鐘。再在銦電極上焊上銀線，以便獲取線偏振光電流信號(hào)。

在本實(shí)施例中，所述步驟S2可分為S21及S22兩個(gè)具體步驟：

步驟S21：通過(guò)改變?nèi)肷浼す獾牟ㄩL(zhǎng)來(lái)調(diào)控GaAs/AlGaAs二維電子氣的線偏振光致電流。實(shí)施例中將樣品置于杜瓦瓶中，并在杜瓦瓶中注入液氮，通過(guò)由杜瓦瓶和溫度控制箱組成的控溫系統(tǒng)控制樣品溫度從77K至室溫300K的變化。通過(guò)控制1064nm激光器的開(kāi)關(guān)，使得1064nm波長(zhǎng)的激光入射到樣品上。其中激光的入射角為30°，入射平面如圖3所示。

步驟S22：改變?nèi)肷涞綐悠飞?064nm激光的偏振狀態(tài)，使樣品產(chǎn)生線偏振光電流。具體光路如圖2所示。首先準(zhǔn)直光路，調(diào)整激光經(jīng)過(guò)兩個(gè)小孔光闌，激光經(jīng)過(guò)斬波器后，再經(jīng)過(guò)起偏器使得激光的偏振方向和起偏器的偏振方向一致，然后經(jīng)過(guò)四分之一波片后照射在樣品上。其中樣品的邊沿平行于晶體的[110]和[10]晶向，在樣品的對(duì)角方向即[100]晶向沉積了一對(duì)銦電極。銦電極沉積完成后，在420℃下真空中退火15分鐘。再在銦電極上焊上銀線，銀線和導(dǎo)線相連接入前置放大器以便獲取線偏振光電流信號(hào)。在本實(shí)施例中激光與樣品平面的夾角為60°，激光的入射平面如圖3所示。實(shí)施例中通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制四分之一波片以每個(gè)步長(zhǎng)5°轉(zhuǎn)動(dòng)，共轉(zhuǎn)過(guò)360°。由于波片轉(zhuǎn)動(dòng)，入射到樣品上的激光在線偏振光和圓偏振光之間周期變化。樣品所得的與波片轉(zhuǎn)動(dòng)同步的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器和鎖相放大器放大后輸入電腦。之后經(jīng)過(guò)公式擬合提取出1064nm波長(zhǎng)激光照射下的線偏振光致電流信號(hào)。再測(cè)試樣品在激光照射下且加1V電壓時(shí)的普通光電流I，將線偏振光用普通光電流I歸一化，即將測(cè)得的線偏振光致電流LPGE信號(hào)除以普通光電流I，以去除載流子變化帶來(lái)的影響。線偏振光LPGE用普通光電流I歸一化后的LPGE/I隨溫度的變化趨勢(shì)如圖4所示。

在本實(shí)施例中，所述步驟S3可分為S31及S32兩個(gè)具體步驟：

步驟S31：通過(guò)改變?nèi)肷浼す獾牟ㄩL(zhǎng)來(lái)調(diào)控半導(dǎo)體二維電子氣的線偏振光致電流。實(shí)施例中將樣品置于杜瓦瓶中，并在杜瓦瓶中注入液氮，通過(guò)由杜瓦瓶和溫度控制箱組成的控溫系統(tǒng)控制樣品溫度從77K至室溫300K的變化。通過(guò)控制532nm激光器的開(kāi)關(guān)，使得532nm波長(zhǎng)激光入射到樣品上。其中激光的入射較為30°，入射平面如圖3所示。

步驟S32：改變?nèi)肷涞綐悠飞?32nm波長(zhǎng)激光的偏振狀態(tài)，使樣品產(chǎn)生線偏振光電流。具體光路如圖2所示。激光經(jīng)過(guò)斬波器后，在經(jīng)過(guò)起偏器使得激光的偏振方向和起偏器的偏振方向一致，然后經(jīng)過(guò)四分之一波片后照射在樣品上。其中樣品的邊沿平行于晶體的[110]和[10]晶向，在樣品的對(duì)角方向即[100]晶向沉積了一對(duì)銦電極。銦電極沉積完成后，在420℃下真空中退火15分鐘。再在銦電極上焊上銀線，銀線和導(dǎo)線相連接入前置放大器以便獲取線偏振光電流信號(hào)。在本實(shí)施例中激光與樣品的夾角為60°，激光的入射平面如圖3所示。實(shí)例中通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制四分之一波長(zhǎng)波片以每個(gè)步長(zhǎng)5°，共轉(zhuǎn)過(guò)360°，由于波片轉(zhuǎn)動(dòng)，入射到樣品上的激光在線偏振光和線偏振光之間周期變化。樣品所得的與波片轉(zhuǎn)動(dòng)同步的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大器和鎖相放大器后輸入電腦。之后經(jīng)過(guò)公式擬合提取出532nm激光波長(zhǎng)照射下的線偏振光致電流信號(hào)。再測(cè)試樣品在激光照射下且加1V電壓時(shí)的普通光電流I，將線偏振光用普通光電流I歸一化，即將測(cè)得的線偏振光致電流LPGE信號(hào)除以普通光電流I，以去除載流子變化帶來(lái)的影響。線偏振光LPGE用普通光電流I歸一化后的LPGE/I隨溫度的變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖4是本發(fā)明一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)方法的實(shí)施例所測(cè)得的結(jié)果。測(cè)試所用光路如圖2所示，激光入射平面如圖3所示，其中激光與樣品的夾角為60°。由圖4可知隨著溫度的上升，在1064nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流增大。

圖5是本發(fā)明一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流隨溫度變化趨勢(shì)方法的實(shí)施例所測(cè)得的結(jié)果。測(cè)試所用光路如圖2所示，激光入射平面如圖3所示，其中激光與樣品的夾角為60°。由圖5可知隨著溫度的上升，在532nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流減小。

在圖4中，在1064nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流隨溫度的升高而增大，在圖5中，在532nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流隨溫度的升高而降低。由圖4圖5可知，不同入射激光波長(zhǎng)能有效調(diào)節(jié)半導(dǎo)體二維電子氣的線偏振光致電流。

本實(shí)例中通過(guò)改變?nèi)肷浼す獠ㄩL(zhǎng)調(diào)控半導(dǎo)體二維電子氣的線偏振光致電流的原理如下：1064nm波長(zhǎng)激光引起載流子的子帶間激發(fā)，1064nm波長(zhǎng)激光將半導(dǎo)體二維電子氣導(dǎo)帶中位于較低能級(jí)的電子激發(fā)到更高的能級(jí)上。532nm波長(zhǎng)激光引起載流子的帶間激發(fā)，將價(jià)帶中的載流子激發(fā)到導(dǎo)帶上去。1064nm波長(zhǎng)的激光將GaAs和AlGaAs的界面上形成三角阱中導(dǎo)帶的電子由低能級(jí)激發(fā)到更高能級(jí)上去。1064nm激光波長(zhǎng)激發(fā)的線偏振光電流和三角阱內(nèi)的電子密切相關(guān)。溫度升高使得GaAs和AlGaAs界面的三角阱展寬，二維電子氣中電子濃度下降，1064nm激光波長(zhǎng)下測(cè)得的線偏振光電流隨溫度的升高呈上升趨勢(shì)由于三角阱中的載流子濃度隨溫度上升而減小，載流子之間的無(wú)規(guī)則散射減少了，因此導(dǎo)致半導(dǎo)體二維電子氣的線偏振光致電流增大。然而在532nm波長(zhǎng)激光入射時(shí)，532nm波長(zhǎng)激光將電子由價(jià)帶激發(fā)入導(dǎo)帶，導(dǎo)帶中的電子在熱激發(fā)下越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入量子阱，溫度高時(shí)電子在熱激發(fā)下越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)入量子阱的概率更高，導(dǎo)致三角阱中的電子數(shù)增多，補(bǔ)償了由于溫度升高導(dǎo)致的電子濃度減小效應(yīng)，且隨溫度升高載流子之間的無(wú)序散射增加了，因此532nm激光波長(zhǎng)下測(cè)得的線偏振光電流隨溫度上升呈下降趨勢(shì)。因而如圖4和圖5所示，在1064nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流隨溫度的升高而增大，在532nm波長(zhǎng)激光照射下所測(cè)的線偏振光致電流隨溫度的升高而降低。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。