双极性无掺杂横向 p-n 结中的稳定电致发光

GaAs/AlGaAs 材料体系中的无掺杂横向 p-n 结因在量子光电子学（如光学量子计算机或量子中继器）中的潜在应用及易于与单电子泵和自旋量子比特等其他组件集成而引人关注。集成的一大障碍是 p-n 结间隙处有害的电荷积累抑制发光，或因增强的非辐射复合，或因抑制 p-n 电流。通常样品必须频繁升温至室温以消散积累电荷并在再次降温后恢复发光。此处我们引入一种实用栅压协议，可在低温下原位清除该寄生电荷积累，实现器件的无限期低温运行。该复位协议使得对稳定、明亮的无掺杂横向 p-n 结进行光学表征成为可能，其电致发光线宽居此类器件报道最窄之列（< 1 meV；< 0.5 nm）。它也使得中性自由激子（重空穴与轻空穴）及带电激子（三子）基态的明确辨识成为可能。发现光致发光与电致发光的自由激子发射能量几乎相同（在 0.2 meV 或 0.1 nm 内）。给出了自由与带电激子的束缚与解离能。通过时间分辨电致发光测得自由激子寿命为 237 ps，而时间分辨光致发光为 419 ps。