本發(fā)明涉及半導體及固體電子學領域，具體涉及一種調控GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法。

背景技術：

線偏振光致電流與光致激發(fā)過程、聲子散射、靜態(tài)缺陷散射、載流子在非對稱中心散射及光子搖曳效應等相關，因此研究線偏振光電流有利于更好地研究散射機制等多種物理機制。同時，研究線偏振光致電流有利于制備實用的線偏振光相關光電器件，例如偏振探測器，線偏振光伏器件，及光開關等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種調控GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法，該方法調控效果顯著，且實施簡便。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案包括如下步驟：

S1：用分子束外延設備生長GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品，并在樣品對角上沉積銦電極；

S2：調整光路，使入射激光波長為1064nm，并經(jīng)過光路入射至GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品上；

S3：將所述樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流。

在本發(fā)明的實施例中，所述步驟S1中的條件為：用分子束外延法在（001）面GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品；所述樣品的生長過程如下，首先在樣品上生長10個周期GaAs/Al_0.3Ga_0.7As超晶格作為緩沖層，再生長大于1μm的GaAs緩沖層，然后生長30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，進行Si-δ摻雜后再生長50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，最后生長10nm厚的GaAs。

在本發(fā)明的實施例中，所述GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品材料為單晶的GaAs/AlGaAs異質結，且在GaAs、AlGaAs二者的接觸面上形成二維電子氣。

在本發(fā)明的實施例中，所述步驟S2中，使入射激光波長為1064nm的激光通過起偏器后通過四分之一波片再入射到所述樣品上，通過步進電機帶動四分之一波片，使入射到樣品上激光的偏振態(tài)在線偏振光與圓偏振光之間周期性變化。

在本發(fā)明的實施例中，所述步驟S3中的條件為：將所述樣品置于杜瓦瓶中，通過由杜瓦瓶和溫控箱組成的控溫系統(tǒng)改變樣品溫度，改變樣品的線偏振光致電流。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明方法調控效果顯著，且實施簡便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法實施例中GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品。其中，1為(001)面的GaAs襯底，2為10個周期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。此GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品是利用分子束外延法生長的，樣品襯底為(001)面的GaAs。

圖2 是一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法實施例中所用的光路圖。其中，9為1064nm波長激光器，10為532nm波長激光器，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為四分之一波長波片，19為樣品。

圖3是本發(fā)明一種改變GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法實施例中激光的入射平面示意圖。其中樣品的邊沿平行于[110]晶向和[10]晶向，在樣品的對角方向即[100]晶向沉積了一對銦電極；20、21為所沉積的銦電極。

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的方法實施例所測得的結果。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行具體說明。

本發(fā)明的一種調控GaAs/AlGaAs二維電子氣中線偏振光致電流的方法，包括如下步驟，

S1：用分子束外延設備生長GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品，并在樣品對角上沉積銦電極；

S2：調整光路，使入射激光波長為1064nm，并經(jīng)過光路入射至GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品上；

S3：將所述樣品置于杜瓦瓶中，使樣品溫度由77K至室溫300K變化，測量樣品隨溫度變化的線偏振光致電流。

所述步驟S1中的條件為：用分子束外延法在（001）面GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品；所述樣品的生長過程如下，首先在樣品上生長10個周期GaAs/Al_0.3Ga_0.7As超晶格作為緩沖層，再生長大于1μm的GaAs緩沖層，然后生長30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，進行Si-δ摻雜后再生長50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，最后生長10nm厚的GaAs。所述GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品材料為單晶的GaAs/AlGaAs，且在GaAs、AlGaAs二者的接觸面上形成二維電子氣。

所述步驟S2中，使入射激光波長為1064nm的激光通過起偏器后通過四分之一波片再入射到所述樣品上，通過步進電機帶動四分之一波片，使入射到樣品上激光的偏振態(tài)在線偏振光與圓偏振光之間周期性變化。

所述步驟S3中的條件為：將所述樣品置于杜瓦瓶中，通過由杜瓦瓶和溫控箱組成的控溫系統(tǒng)改變樣品溫度，改變樣品的線偏振光致電流。

以下結合附圖1-4講述本發(fā)明的具體實施例。

實施例1

在本實施例中，樣品為分子束外延法在GaAs襯底上生長的GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品，在GaAs和Al_0.3Ga_0.7As的界面上形成了二維電子氣。本實施例中，使得1064nm波長的激光分別入射到樣品上，其中激光的入射角為30°，通過液氮控制樣品溫度從77K至室溫300K的變化，從而調控半導體二維電子氣的線偏振光致電流。

在本實施例中，所述步驟S1中所述的條件為：此GaAs/AlGaAs二維電子氣樣品是利用分子束外延法生長的。樣品襯底為(001)面的GaAs。樣品的生長過程如下，首先在樣品上生長10個周期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，再生長大于1μm的GaAs緩沖層，然后生長30nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，進行Si-δ摻雜后再生長50nm厚的Al_0.3Ga_0.7As，最后生長10nm厚的GaAs作為蓋層。樣品各層都單晶，樣品在GaAs和Al_0.3Ga_0.7As的界面上會生成二維電子氣。樣品結構如圖1所示。

本實施例中樣品的邊沿平行于樣品的[110] 晶向和[10]晶向，在樣品的對角方向即[100] 晶向沉積了一對銦電極。銦電極沉積完成后，在420℃下真空中退火15分鐘。退火的具體步驟為，將樣品置于石英管中，先通氬氣，并排出空氣，以防止在退火的過程中殘留的空氣帶來的影響。當石英管中充滿氬氣后開始抽真空。將管式爐加熱至420℃，將石英管放入管式爐中，15分鐘后取出，在室溫下自然降溫，在退火和降溫過程中石英管均保持真空狀態(tài)。再在銦電極上焊上銀線，以便獲取線偏振光電流信號。

在本實施例中，所述步驟S2可分為S21及S22兩個具體步驟：

步驟S21：調整光路。由于1064nm波長激光為紅外光，肉眼不可見，直接調整1064nm波長激光入射在樣品上時難以確定激光的具體位置，所以在實例中利用532nm波長綠光和上轉換片進行輔助調節(jié)。首先調整532nm波長激光器使其通過兩個小孔光闌的中心，并調整起偏器和四分之一波長波片，使激光通過起偏器和四分之一波長波片的中心，并使激光的入射角為30°，使激光入射在樣品兩個電極的中心，激光入射平面如圖3所示。上轉換片在1064nm激光波長照射下能發(fā)出綠色熒光，借助上轉換片調整1064nm波長激光使1064nm激光通過兩個小孔光闌。當532nm波長激光和1064nm波長激光都通過兩個小孔光闌時可認為兩束光的光路重合。此時，可認為1064nm波長激光也打在樣品兩電極中點且激光的入射角為30°。

步驟S22：改變入射到樣品上激光的偏振狀態(tài)，使樣品產(chǎn)生線偏振光電流。具體光路如圖2所示。如S1調整好光路后，關閉532nm激光器，打開1064nm波長激光器。激光經(jīng)過斬波器后，再經(jīng)過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)過四分之一波片后照射在樣品上。在本實施例中，激光的入射平面如圖3所示，激光的入射角為30°。實例中通過步進電機控制四分之一波片以每個步長5°轉動，共轉過360°，由于波片轉動，入射到樣品上的激光在圓偏振光和線偏振光之間周期變化。樣品由1064nm波長激光激發(fā)所得的信號經(jīng)過前置放大器和鎖相放大器放大后輸入電腦。

在本實施例中，所述步驟S3可分為S31和S32兩個具體步驟：

步驟S31：實施例中將樣品置于杜瓦瓶中，并在杜瓦瓶中注入液氮，通過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，從而調控半導體二維電子氣的線偏振光致電流。

步驟S32：改變入射到樣品上激光的偏振狀態(tài)，使樣品產(chǎn)生線偏振光電流。具體光路如圖2所示。用控溫系統(tǒng)，控制樣品溫度為77K變化至室溫300K，控制步進電機帶動波片轉動，入射到樣品上的激光在圓偏振光和線偏振光之間周期變化。樣品所得的與波片轉動同步的信號經(jīng)過前置放大器和鎖相放大器放大后輸入電腦。之后經(jīng)過公式擬合提取出線偏振光致電流信號。再測量樣品在1064nm激光激發(fā)下且加1V偏壓時的普通光電流I，將線偏振光電流LPGE用普通光電流I歸一化，即將線偏振光致電流LPGE除以普通光電流I，以去除載流子變化帶來的影響。線偏振光電流LPGE用普通光電流I歸一化后的LPGE/I隨溫度的變化如圖4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的方法的實施例所測得的結果。由圖4可知隨著溫度的上升，線偏振光致電流增大。圖4所用測量光路如圖2所示，入射平面如圖3所示，其中激光的入射角為30°。由圖4可知隨著溫度的上升，在1064nm波長激光照射下所測的線偏振光致電流增大?？芍瑴囟葘aAs/AlGaAs二維電子氣的線偏振光致電流調控效果良好。

本發(fā)明通過溫度變化調控GaAs/AlGaAs二維電子氣線偏振光致電流的原理是，1064nm波長的激光將GaAs和Al_0.3Ga_0.7As的界面上形成三角阱中導帶的電子由低能級激發(fā)到更高能級上去，因此1064nm激光波長激發(fā)的線偏振光電流和三角阱內的電子密切相關。溫度升高使得GaAs和Al_0.3Ga_0.7As界面的三角阱展寬，三角阱中電子濃度下降。1064nm激光波長下測得的線偏振光電流隨溫度呈上升趨勢，是由于三角阱中的載流子濃度隨溫度上升而減小，載流子之間的無規(guī)則散射減少了，因此導致線偏振光致電流增大。

從上述實施例中可以看出，本發(fā)明提供了一種調控半導體二維電子氣線偏振光致電流的方法，本方法的實現(xiàn)比較方便，成本低，調控效果好。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和成果進行了詳盡說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。