SiGe/Si之THz光電特性

Abstract

本論文的內容在理論計算部分解釋了雷射發生的機制，提供了開發可調式的continuous-wave laser的開端。同時也說明了可以利用調整矽鍺異質接面(Si/SiGe/Si heterostructure)的Ge摻雜、片狀摻雜的濃度、Si/SiGe/Si各層的厚度來控制THz lasing。另外我們也完成了在矽鍺量子井結構(Si/SiGe/Si quantum well with Boron doping in SiGe)下的電子組態初步計算。 我們的實驗條件：適當的Ge濃度值x範圍約在0.04-0.2之間；已知Boron在Ge內的束縛能為12-14meV；SiGe層的厚度約在20-40nm。在這樣的樣品結構下，heavy hole和light hole之間的分裂約在10-20meV，在量子井的限制(confinement)下分裂的程度將會提高，由此可得到放射出的光子能量估計在20-50meV。 實驗部分，使用的樣品是以矽晶元為基材的矽鍺量子井(SiGe/Si quantum well)結構，實驗的方向主要分為兩大部份：一為矽鍺量子井樣品在低溫高電壓脈衝下發光強度量測及電壓電流關係的量測；二為樣品在FTIR下的吸收光譜量測。因為THz發光在矽鍺材料上的研究尚處於理論階段，所以我們最終的目的在於能夠發展出THz波段的元件，而目前著重於發光原理的實驗證據。