太赫兹发射光谱揭示了GaInNGaN多量子阱的光学响应

图1声应变波光学地产生、传播并向表面的自由空间发射太赫兹波。(来源:大阪大学)

大阪大学激光工程研究所的一组研究人员与德国比勒费尔德大学和布劳恩瑞格技术大学合作，更接近阐明宽带隙半导体多量子阱的复杂光学响应，以及原子尺度晶格振动如何产生自由空间太赫兹辐射。他们的工作为激光太赫兹发射显微镜应用于宽带隙量子器件的纳米地震学提供了重要的推动。

太赫兹(THz)波可以由发生在材料中的超快过程产生。通过观察太赫兹辐射，研究人员已经能够在量子水平上研究不同的过程，从简单的块半导体到先进的量子材料，如多个量子阱(图1)。

大阪大学激光工程研究所的Tonouchi教授和他的博士生Abdul Mannan带领的太赫兹研究小组，以及Bielefeld大学的Dmitry Turchinovich教授和Braunschweig工业大学的Andreas Hangleiter教授，测量了埋置GaInN/GaN多量子阱(mqw)的多功能响应，包括GaInN量子阱内内置场的动态屏蔽效应，GaN和GaInN量子阱之间的容性电荷振荡，以及GaN和GaInN之间的应力释放所发射的声波束。所有这些功能都可以通过观测太赫兹向自由空间的辐射来实现。此外，还证明了声波的传播为评估晶片尺度上10 nm分辨率下器件埋地结构的厚度提供了一种新技术，使纳米地震学成为宽带隙量子器件中独特的ltm应用。

图2 (a)自由空间太赫兹发射光谱检测了GaN层夹心的多量子阱。(b) MQW样品的典型太赫兹发射波形。(来源:大阪大学)

在超高分辨率的光声装置中探测埋地结构仍然是一个未开发的研究领域。在本研究中，我们利用声驱动电磁THz发射进入自由空间来探测夹在GaN材料中的GaInN/GaN mqw(图2(a))。载流子的激光诱导极化动力学导致了增益n /GaN MQW中相干声声子(CAPs)的部分释放。这种在材料中传播的CAP脉冲产生了相关的电极化波包。一旦传播的CAP脉冲在结构中遇到声阻抗或压电常数的不连续，将导致相关电极化发生瞬态变化，这是声驱动电磁太赫兹发射进入自由空间的来源。GaInN/GaN MQW中超快极化动力学与声驱动THz发射之间的时间分离给出了cap传播介质的厚度(纳米地震学)(图2(b))。

为太赫兹发射光谱、光电太赫兹科学和宽带隙/量子阱半导体材料科学组建的专家团队，已经在3D动态表征方面迈出了重要一步，包括各种材料和器件中埋藏的活性层。“一种以非接触和非破坏性方式局部表征超快载流子动力学、应变物理、声子动力学和超快介电响应的三维主动工具已经成为新材料和器件研究的一个重要领域。我们希望目前的工作有助于这样的进化，”Tonouchi教授说。

无论是单结型还是mqw多量子阱型的led发光二极管，其中发射光子的材料部分，都用的是半导体材料，因为发光需要配套相应宽度的禁带。

超导体材料也许可以用在led发光二极管的制造工艺中，但目前尚没有能在常温下表现处超导特性的材料。

（供讨论）

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