[发明专利]具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线

说明书

技术领域

本发明属于超高速电子学领域、超快光学领域及太赫兹科学与技术领域的交叉学科，涉及一种具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线。

背景技术

太赫兹波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长在3mm～30um)范围内的电磁辐射。与其他波段相比，太赫兹电磁波具有其独特的性能，如瞬态性、宽带性、相干性和低能性等，在物体成像、医疗诊断、环境监测、射电天文、宽带移动通讯、卫星通讯和军用雷达等领域具有重要的科学价值和广阔的应用前景。

光电导天线的辐射机制是激光脉冲激发的光生载流子在外加偏置电场和内建电场的作用下加速运动，从而在光电导材料的表面产生瞬变光电流，从而向外辐射太赫兹脉冲。然而传统的光电导天线均采用肖特基接触电极，导致电场不均匀地分布在电极间隙间，因此太赫兹辐射强度与激光照射位置和激光光束的尺寸有关。在相同偏置电压下，当采用聚焦半径较小的激光束照射电场分布较强的阳极附近区域时，太赫兹波的幅值将成倍增加；但是，随着激光束直径的减小电场屏蔽效应增强，导致天线的发射效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线，解决现有光电导天线发射效率低的问题。

本发明的目的是这样实现的，具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线，包括半绝缘砷化镓基片，半绝缘砷化镓基片上为正、负两个AuGeNi合金电极，半绝缘砷化镓基片可视为阻值较大的电阻R_GaAs，两个AuGeNi合金电极与基片材料的接触电阻可视为两个阻值较小的电阻R_Ohm，电阻R_GaAs与两个电阻R_Ohm串联，R_Ohm＜＜R_GaAs，电阻R_GaAs的阻值为从几兆欧到几百兆欧，R_Ohm的阻值小于1欧姆。

本发明的特点还在于：

分别考虑了不同规格的具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线，正、负电极之间的间隙范围为50μm-200μm。

半绝缘砷化镓基片是利用液拉直封法制备的（100）晶向的SI-GaAs，其电阻率高于10⁷Ω·cm；AuGeNi合金电极是通过电子束蒸发或磁控溅射在半绝缘砷化镓基片上分别沉积20-100nm的Ni，50-500nm的Au，20-100nm的Ge和50-100nm的Au，再在300℃-400℃的温度范围内快速退火1-2分钟使其合金化。

本发明具有如下有益效果：本发明具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线，通过天线电极的欧姆接触，增加了光电导天线的击穿电场，同时使天线中的电场分布基本或全部覆盖了整个电极间隙，随着单位面积的光生载流子密度的减小，库伦屏蔽效应和辐射场屏蔽效应得到了有效的控制，提高了天线的发射效率。相较于传统的光电导天线，本发明具有AuGeNi合金欧姆接触电极的光电导天线的辐射效率和辐射功率得到了显著的提高。

附图说明

图1为本发明具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线结构示意图；

图2为本发明具有欧姆接触电极的半绝缘GaAs光电导天线的等效电路示意图；

图3为传统的具有肖特基接触电极的GaAs光电导天线的等效电路示意图；

图4为本发明具有AuGeNi合金欧姆接触电极的GaAs光电导天线和传统的具有Ti/Au电极的GaAs光电导天线的伏安特性曲线对比图；

图5为传统的具有Ti/Au电极的电极间隙为200μm的GaAs光电导天线在直流偏置电压下辐射太赫兹波的幅值随光斑位置的变化曲线；

图6为传统的具有Ti/Au电极的电极间隙为100μm的GaAs光电导天线在直流偏置电压下辐射太赫兹波的幅值随光斑位置的变化曲线；

图7为传统的具有Ti/Au电极的电极间隙为50μm的GaAs光电导天线在直流偏置电压下辐射太赫兹波的幅值随光斑位置的变化曲线；

图8为本发明具有AuGeNi合金欧姆接触电极的电极间隙为200μm的GaAs光电导天线在直流偏置电压下辐射太赫兹波的幅值随光斑位置的变化曲线；

图9为本发明具有AuGeNi合金欧姆接触电极的电极间隙为100μm的GaAs光电导天线在直流偏置电压下辐射太赫兹波的幅值随光斑位置的变化曲线；