锑化镓的太赫兹载流子动力学特性研究

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Ⅲ-Ⅴ族半导体因其优越的电子学和光电特性,在电子和光电子器件领域有着广泛的重要应用。作为Ⅲ-Ⅴ族半导体中的一员,锑化镓(Ga Sb)因其在高速电子、微波和红外器件、以及光纤通信技术上的应用而备受关注。另外,因其特殊的电子能带结构,Ga Sb也是研究谷间电子散射和俄歇复合效应的理想材料。本论文应用大功率飞秒激光和太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术,对Ga Sb材料的非线性载流子动力学特性进行了系统研究。主要内容如下:(1)在室温下,对高迁移率的n型Ga Sb进行了垂直反射式光泵浦-太赫兹探测(OPTP)测量。实验结果表明,Ga Sb的超快动力学响应可以用单指数衰减过程来描述,而对应自由电子的复光电导率可以用Drude公式很好的拟合。这样,我们可通过光学测量实验获得Ga Sb的关键材料物理系数如光生载流子寿命、自由电子动量弛豫时间和载流子浓度等。我们发现,Ga Sb中的光生载流子浓度和寿命随泵浦光强度增加而显著增加,而自由电子动量弛豫时间随泵浦光强度变化也会微弱的增加。这些实验结果表明,在强泵浦光作用下,Ga Sb中载流子的非线性光电响应呈现出典型的声子瓶颈效应。(2)通过655 nm的连续激光泵浦和反射式太赫兹时域光谱测量,我们研究了室温下n型Ga Sb中非平衡态下的自由电子的动量弛豫特性。实验结果表明,随着连续激光泵浦功率的增加,Ga Sb中自由电子的动量弛豫时间减小。我们认为这是连续光激发下Ga Sb中有效电子-声子散射强度增强所致。本文获得的研究结果揭示了Ga Sb材料中光生载流子和自由载流子的动力学基本规律,对基于Ga Sb的电、光电器件物理的深入了解具有重要的意义。
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