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半绝缘GaAs的双调制反射光谱研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O471.5[理学—半导体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学院半导体研究所,半导体超晶格国家重点实验室,北京100083, [2]中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京101408, [3]南通大学,江苏省专用集成电路设计重点实验室,南通226019
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61474067,11474277,11434010); 国家重点研发计划(批准号:2016YFA0301204)资助的课题~~
中文摘要:

半导体材料电子能带结构的确定对研究其物理性质及其在半导体器件方面的应用有重要意义.光调制反射光谱是一种无损和高灵敏度的表征半导体材料电子能带结构的光学手段.光调制反射光谱中激光调制导致的材料介电函数的变化在联合态密度奇点附近表现得更为明显.通过测量这些变化,可以得到有关材料能带结构临界点的信息.然而在传统的单调制反射光谱中,激光调制信号的光谱线型拟合和临界点数目的分析往往被瑞利散射和荧光信号所干扰.本文将双调制技术与双通道锁相放大器结合,消除了瑞利信号和荧光信号的干扰,获得了具有较高信噪比的调制反射光谱信号.双通道锁相放大器可以同时解调出反射光谱信号及其经泵浦激光调制后的细微变化量,避免了多次采集时可能存在的系统误差.利用这种技术,在可见激光(2.33 eV)泵浦下,我们测量了半绝缘GaAs体材料从近红外至紫外波段(1.1-6.0 eV)的双调制反射光谱,获得了多个能带结构临界点的信息.探测到了高于泵浦能量之上的与GaAs能带结构高阶临界点对应的特征光谱信号,说明带隙以上高阶临界点的光调制反射光谱本质是光生载流子对内建电场的调制,并不是来自该临界点附近的能带填充效应.这一结果表明双调制反射光谱能够对半导体材料能带结构带隙及其带隙以上临界点进行更准确的表征.

英文摘要:

For a semiconductor material,the characterization of its electronic band structure is very important for analyzing its physical properties and applications in semiconductor-based devices.Photoreflectance spectroscopy is a contactless and highly sensitive method of characterizing electronic band structures of semiconductor materials.In the photoreflectance spectroscopy,the modulation of pumping laser can cause a change in material dielectric function particularly around the singularity points of joint density of states.Thus the information about the critical points in electronic band structure can be obtained by measuring these subtle changes.However,in the conventional single-modulated photoreflectance spectroscopy,Rayleigh scattering and inevitable photoluminescence signals originating from the pumping laser strongly disturb the line shape fitting of photoreflectance signal and influence the determination of critical point numbers.Thus,experimental technique of photoreflectance spectroscopy needs further optimizing.In this work,we make some improvements on the basis of traditional measurement technique of photoreflectance spectroscopy.We set an additional optical chopper for the pumping laser which can modulate the amplitude of the photoreflectance signal.We use a dual-channel lock-in amplifier to demodulate both the unmodulated reflectance signals and the subtle changes in modulated reflectance signals at the same time,which avoids the systematic errors derived from multiple measurements compared with the single-modulated photoreflectance measurement.The combination of dual-modulated technique and dual-channel lock-in amplifier can successfully eliminate the disturbances from Rayleigh scattering and photoluminescence,thus improving the signal-to-noise ratio of the system.Under a visible laser(2.33 eV) pumping,we measure the room-temperature dual-modulated photoreflectance spectrum of semi-insulating GaAs in a region from near-infrared to ultraviolet(1.1-6.0 eV) and obtain several optical features which

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876