异质外延生长对 LT-GaAs 超快光学性质的影响

硅上外延低温生长 GaAs（LT-GaAs/Si）在太赫兹（THz）光电导天线应用方面具有潜力。然而，异质外延生长的 LT-GaAs/Si 的晶体、光学与电学性质可与半绝缘 GaAs 衬底上生长者（参考样）大不相同。本研究中，我们考察了外延生长 LT-GaAs/Si 样品的光学性质，并与在相同衬底温度、相同层厚下生长的参考样进行比较。LT-GaAs/Si 中存在反相畴及若干晶体取向偏差。由相干声子谱估计两样品的本征载流子密度均约为 $10^{15}$ cm$^{-3}$。亦观察到强等离子体阻尼。由高激发注量下的时间分辨 THz 谱测得的载流子动力学显示两样品响应显著不同。在饱和以下，两样品均呈现所需快响应。在光注量 $\geq$ 54 $\mu$ J/cm$^2$ 下，参考 LT-GaAs 层显示电子俘获态饱和导致非指数行为，而 LT-GaAs/Si 保持双指数衰减。该差异归因于 LT-GaAs/Si 异质外延生长过程中 As-As 与 Ga-Ga 键的形成，有效导致低得多的 As 相关电子陷阱密度。