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以Ⅲ族氮化物和ZnO为代表的纤锌矿半导体,在光电器件、电子器件上有广泛应用前景,在自旋电子学领域也正受到越来越多的重视。而光电流效应正是研究半导体材料及其异质结构能带及自旋性质的有力手段。本文介绍Ⅲ族氮化物和ZnO中光电流效应的研究背景与现状,并利用圆偏振光电效应(CPGE)对InN和ZnO的能带自旋性质进行了研究,同时在AlxGal-xN/GaN异质结构二维电子气(2DEG)中观测到了反常的线偏振光电效应(LPGE),并提出物理模型,给予了实验结果以合理解释。本文研究内容和结果主要包括:
1.InN外延薄膜的CPGE研究。观察到不同极性InN样品CPGE电流方向相反,由此提出并验证了一种基于CPGE灵敏无损的纤锌矿半导体晶格极性判断方法。
2.ZnO外延薄膜的CPGE研究。在带间激发下的ZnO中观察到很强的CPGE效应,比InN高一个量级,而同样实验条下在与之结构性质都相似的GaN外延膜中则没有观测到CPGE。ZnO与GaN在光电性质以及自旋性质上的相似导致很难理解实验中的巨大差别。而ZnO的价带反转结构以及可能的具有表面能带弯曲可以解释一部分实验结果,但同时也存在严重困难。目前对与ZnO与GaN中,CPGE光电流巨大差异的实验结果的理解,还需要更深入的研究。
3.AlxGal-xN/GaN异质结构中的反常LPGE研究。垂直入射的1064nm红外激光在GaN及2DEG中激发出空间上反对称分布的LPGE电流。我们认为这个效应来源于光学动量排列效应在非均匀照射的光斑中产生的光电流偶极。这是继表面光电流效应后,光学动量排列的又一电学观测,提供了电学方法测量光生载流子动量各项异性的新途径。