一个三层结构结合了一个薄的n掺杂buffer作为探测器和发射器产生了一个很有前景的应用

菲律宾大学和福井大学的研究人员合作开发了一种三层砷化镓结构，可以增强太赫兹的发射和探测能力。

该小组的设备，以低温生长的层和一个薄的n掺杂缓冲层为特点，为一个没有掺杂缓冲层的变体提供了优越的发射和探测器性能。

这项工作支持了半导体材料的开发，这些材料已经被用于在商业系统中产生和检测太赫兹辐射。在太赫兹成像和光谱系统中，半导体为光导天线提供了超快开关。

当砷化镓用于太赫兹系统时，它是在较低的温度下生长的。研究人员伊丽莎白·安·普里托说：“（砷化镓）短载流子寿命使其更适合作为太赫兹探测器。”。“在高温或常规温度下生长的砷化镓作为太赫兹发射极是有效的，但不适合用作太赫兹探测器。”

低温生长GaAs作为太赫兹发射极的有效性取决于其结晶度水平，而探测器的性能则取决于其载流子寿命的短。不幸的是，用一层在低温下生长的砷化镓不可能在两个方面都表现出色。

普列托说：“随着砷化镓生长温度的降低，其结晶度降低，而载流子寿命缩短。”这使得传统的，低温生长的砷化镓不如太赫兹发射器，但作为太赫兹探测器有效。

通过使用掺杂缓冲区，该小组能够使低温生长的砷化镓有效地作为太赫兹发射器。普里托解释说：“通过使低温生长的砷化镓层变厚，同时使掺杂缓冲层变薄，缺点已经被消除。”。

该团队通过将600µm厚的半绝缘砷化镓基板装入固态源Riber 32P MBE反应器的生长室，并沉积三层砷化镓来生产其器件。

生长开始于0.2µm厚的n掺杂GaAs缓冲液，在630℃下生长。在此之后，Prieto和他的同事在600℃退火之前，添加一层在270℃下生长的2µm厚的活性层；随后在600℃下生长20 nm厚的n型GaAs帽。

为了评估这种结构，研究人员还制作了一种带有未掺杂砷化镓缓冲层的结构。

使用标准光刻工艺添加金属触点，依次涉及晶圆清洁、光刻胶应用、软烘、掩模对准、紫外线曝光和显影。

对于光导天线的接触式光刻，研究小组使用了正片光刻胶和掩模对准器。

利用这些过程，研究人员制造了一个赫兹偶极子天线，由两个金属电极组成，间隔5微米。

研究小组求助于一个标准的太赫兹时域光谱系统来形成太赫兹发射器和探测器。一台工作在780nm、输出100fs脉冲、重复频率为100mhz的光纤激光器提供了光激励源。

这两种类型的器件都产生了高达约3太赫兹的发射，正如人们所预期的那样，由具有赫兹偶极天线的低温砷化镓构成的结构。当泵浦功率为0.8mw时，掺杂和未掺杂结构的输出功率下降了一个数量级。比较峰间太赫兹发射强度，掺杂样品提供了116%的增加。

作为探测器，掺杂样品在0.5太赫兹处提供了55分贝的动态范围，比未掺杂控制高出5分贝（上图显示了包含掺杂缓冲区的三层砷化镓结构）。

普雷托和他的同事正计划制造更多的原型，以使这项技术更接近于应用。

参考文献：Tsung-Ju Lu et al. Bright High-Purity Quantum Emitters in Aluminum Nitride Integrated Photonics, ACS Photonics (2020). DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01259。