文档介绍：分类号学号 M200972834
学校代码 10487 密级
硕士学位论文
AlGaN/GaN 基紫外-红外探测器中量
子阱子带间跃迁的研究
学位申请人: 唐晋宇
学科专业: 光学工程
叶朝辉院士
指导教师:
陈长清教授
答辩日期:
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Investigation of Intersubband Transition in
AlGaN/GaN Quantum Well for UV-IR
Detectors
Candidate : Tang Jinyu
Major : Optical Engineering
Academician Ye Zhaohui
Supervisor :
Prof. Chen Changqing
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
January, 2012
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
近年来,AlGaN/GaN 多量子阱是实现基于子能带跃迁的红外光电子器件最理想的
材料之一。由于大的导带带阶(~)及强的电子声子作用使得该类光电子器件有着宽
的、可调谐波长范围(从近红外到远红外)和超快的工作速度。由于这些特点,AlGaN/GaN
多量子阱在红外探测器及紫外红外集成探测器方面、光纤通信领域有着广泛的应用。
本文基于薛定谔方程的艾里函数解,详细地推导了用于求解量子阱中载流子本征能
级的平带、三角和自洽模型,研究了 AlGaN/GaN 量子阱中电子子带间的跃迁波长和电
子本征态的光学性质。基于三角势阱模型下的薛定谔方程,将极化效应产生的极化电场
作为一个参数进行了数值计算,得到了如下结果:
(1) 对于单量子阱,本文研究了量子阱宽度、势垒层中 Al 组分、以及非对称量子
阱中一侧势垒层中 Al 组分对导带底电子跃迁性质的影响。随着量子阱宽度的减少和势
垒层中 Al 组分的增加,子带间跃迁能量增大,E1 到 E0 子带间的跃迁波长可由
减小到 。此外,模拟结果还显示电子子带波函数在量子阱中非对称分布,基态
子带电子波函数向表面平移,第一激发态子带波函数却向衬底平移。
(2) 对于双量子阱,本文主要研究了中间耦合势垒层厚度和 Al 组分对导带中束缚
电子性能的影响。随着耦合势垒层厚度的增大和 Al 组分的减小,各子带间能级之差减
小,子带间跃迁波长在 ~。子带电子波函数在量子阱中非对称分布,E0 和
E2 子带主要分布在靠近衬底一侧量子阱中,而 E1 和 E3 子带主要分布在靠近表面一侧量
子阱中。
(3) 另一种模型是基于薛定谔方程和泊松方程的自洽求解,考虑电荷分布对势能的
影响这一参数,分析了势垒层施主掺杂浓度、掺杂下量子阱宽度和势垒层中 Al 组分对
电子跃迁光学吸收系数和电子分布的影响。在单量子阱 (5nm)/GaN(2nm)/
18 -3
(5nm)中,势垒层中掺杂为 4×10 cm 时,子带间跃迁波长为