InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

崔利杰; 李东临; 高宏玲; 曾一平; 林 铁; 商丽燕; 黄志明; 郭少令; 桂永胜; 周文政; 褚君浩

doi:10.7498/aps.56.4099

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InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

崔利杰 , 李东临 , 高宏玲 , 曾一平 , 林铁 , 商丽燕 , 黄志明 , 郭少令 , 桂永胜 , 周文政 , 褚君浩

InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

崔利杰, 李东临, 高宏玲, 曾一平, 林铁, 商丽燕, 黄志明, 郭少令, 桂永胜, 周文政, 褚君浩

物理学报. 2007, 56(7): 4099-4104.

doi: 10.7498/aps.56.4099.

摘要
研究了Si 重δ 掺杂In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As单量子阱内高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应. 研究表明，强的Rashba自旋轨道相互作用来源于量子阱高的结构反演不对称. 高迁移率系统中，粒子的运动基于弹道输运而非扩散输运. 因此，旧的理论模型不能用于拟合实验结果. 由于最新的模型在实际拟合中过于复杂，一种简单可行的近似用于处理实验结果，并获得了自旋分裂能Δ0和自旋轨道耦合常数α两个重要的物理参数. 该结果与对纵向电阻的Shubnikov-de Haas—SdH振荡分析获得的结果一致. 高迁移率系统中的反弱局域效应研究表明，发展有效的反弱局域理论模型，对于利用Rashba自旋轨道相互作用来设计自旋器件尤为重要.

关键词:
In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As /

反弱局域 /

SdH振荡 /

二维电子气
作者及机构信息
崔利杰¹,

李东临¹,

高宏玲¹,

曾一平¹,

林铁²,

商丽燕²,

黄志明²,

郭少令²,

桂永胜²,

周文政³,

褚君浩⁴

(1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083; (3)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (4)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;华东师范大学ECNU-SITP成像信息联合实验室，上海 200062

基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目(批准号:001CB309506)和国家自然科学基金(批准号: 60221502,10374094)资助的课题.
参考文献

施引文献

[1]	崔利杰, 高宏玲, 李东临, 林铁, 商丽燕, 黄志明, 朱博, 郭少令, 桂永胜, 周文政, 褚君浩. 双δ掺杂In0.65Ga0.35As/In0.52Al0.48As赝型高迁移率晶体管材料子带电子特性研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4143-4147. doi: 10.7498/aps.56.4143
[2]	崔利杰, 姚炜, 朱博, 仇志军, 郭少令, 林铁, 桂永胜, 褚君浩, 周文政. 单边掺杂InAlAs/InGaAs单量子阱中二维电子气的磁输运特性. 物理学报, 2006, 55(4): 2044-2048. doi: 10.7498/aps.55.2044
[3]	吕捷, 唐宁, 沈波, 张福甲, 朱博, 桂永胜, 周文政, 商丽燕, 郭少令, 褚君浩. Al0.22Ga0.78N/GaN二维电子气中的弱局域和反弱局域效应. 物理学报, 2006, 55(5): 2498-2503. doi: 10.7498/aps.55.2498
[4]	李东临, 高宏玲, 崔利杰, 曾一平, 商丽燕, 林铁, 黄志明, 郭少令, 褚君浩, 周文政. In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中双子带占据的二维电子气的输运特性. 物理学报, 2008, 57(4): 2481-2485. doi: 10.7498/aps.57.2481
[5]	舒强, 舒永春, 张冠杰, 刘如彬, 姚江宏, 皮彪, 邢晓东, 许京军, 林耀望, 王占国. 调制掺杂GaAs/AlGaAs 2DEG材料持久光电导及子带电子特性研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1379-1383. doi: 10.7498/aps.55.1379
[6]	李东临, 高宏玲, 曾一平, 商丽燕, 林铁, 郭少令, 俞国林, 褚君浩, 周文政. In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中的正磁电阻效应. 物理学报, 2008, 57(8): 5232-5236. doi: 10.7498/aps.57.5232
[7]	高宏玲, 李东临, 王宝强, 朱战平, 曾一平, 周文政, 商丽燕. 不同量子阱宽度的InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4955-4959. doi: 10.7498/aps.56.4955
[8]	孔月婵, 郑有炓, 储荣明, 顾书林. AlxGa1-xN/GaN异质结构中Al组分对二维电子气性质的影响. 物理学报, 2003, 52(7): 1756-1760. doi: 10.7498/aps.52.1756
[9]	周忠堂, 郭丽伟, 邢志刚, 丁国建, 谭长林, 吕力, 贾海强, 陈弘, 周均铭, 刘建, 刘新宇. AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性. 物理学报, 2007, 56(10): 6013-6018. doi: 10.7498/aps.56.6013
[10]	马嵩松, 舒天宇, 朱家旗, 李锴, 吴惠桢. Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展. 物理学报, 2019, 68(16): 166801. doi: 10.7498/aps.68.20191074
[11]	王威, 周文政, 韦尚江, 李小娟, 常志刚, 林铁, 商丽燕, 韩奎, 段俊熙, 唐宁, 沈波, 褚君浩. GaN/AlxGa1-xN异质结二维电子气的磁电阻研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237302. doi: 10.7498/aps.61.237302
[12]	张阳, 顾书林, 叶建东, 黄时敏, 顾然, 陈斌, 朱顺明, 郑有炓. ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的研究. 物理学报, 2013, 62(15): 150202. doi: 10.7498/aps.62.150202
[13]	王现彬, 赵正平, 冯志红. N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟. 物理学报, 2014, 63(8): 080202. doi: 10.7498/aps.63.080202
[14]	李群, 陈谦, 种景. InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究. 物理学报, 2018, 67(2): 027303. doi: 10.7498/aps.67.20171827
[15]	李东临, 曾一平. InP基HEMT器件中二维电子气浓度及分布与沟道层厚度关系的理论分析. 物理学报, 2006, 55(7): 3677-3682. doi: 10.7498/aps.55.3677
[16]	王红培, 王广龙, 喻颖, 徐应强, 倪海桥, 牛智川, 高凤岐. 内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析. 物理学报, 2013, 62(20): 207303. doi: 10.7498/aps.62.207303
[17]	蒋春萍, 桂永胜, 郑国珍, 马智训, 李标, 郭少令, 褚君浩. n-Hg0.80Mg0.20Te界面积累层中二维电子气的输运特性研究. 物理学报, 2000, 49(9): 1804-1808. doi: 10.7498/aps.49.1804
[18]	孔月婵, 郑有炓, 周春红, 邓永桢, 顾书林, 沈波, 张荣, 韩平, 江若琏, 施毅. AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响. 物理学报, 2004, 53(7): 2320-2324. doi: 10.7498/aps.53.2320
[19]	张雪冰, 刘乃漳, 姚若河. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中二维电子气的极化光学声子散射. 物理学报, 2020, (): 007300. doi: 10.7498/aps.69.20200250*
[20]	丁国建, 郭丽伟, 邢志刚, 陈耀, 徐培强, 贾海强, 周均铭, 陈弘. 使用AlN/GaN超晶格势垒层生长高Al组分AlGaN/GaN HEMT结构. 物理学报, 2010, 59(8): 5724-5729. doi: 10.7498/aps.59.5724

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物理学报. 2007, 56(7): 4099-4104.

doi: 10.7498/aps.56.4099.

InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究

1. (1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083; (3)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (4)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;华东师范大学ECNU-SITP成像信息联合实验室，上海 200062

基金项目:

国家重点基础研究发展规划项目(批准号:001CB309506)和国家自然科学基金(批准号: 60221502,10374094)资助的课题.

收稿日期: 2006-11-09
修回日期: 2006-12-13
刊出日期: 2007-07-20

摘要: 研究了Si 重δ 掺杂In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As单量子阱内高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应. 研究表明，强的Rashba自旋轨道相互作用来源于量子阱高的结构反演不对称. 高迁移率系统中，粒子的运动基于弹道输运而非扩散输运. 因此，旧的理论模型不能用于拟合实验结果. 由于最新的模型在实际拟合中过于复杂，一种简单可行的近似用于处理实验结果，并获得了自旋分裂能Δ0和自旋轨道耦合常数α两个重要的物理参数. 该结果与对纵向电阻的Shubnikov-de Haas—SdH振荡分析获得的结果一致. 高迁移率系统中的反弱局域效应研究表明，发展有效的反弱局域理论模型，对于利用Rashba自旋轨道相互作用来设计自旋器件尤为重要.

关键词:

In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As /
反弱局域 /
SdH振荡 /
二维电子气

English Abstract

Weak anti-localization in InAlAs/InGaAs/InAlAs high mobility two-dimensional electron gas systems

1.
(1)中国科学院半导体研究所，北京 100083; (2)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083; (3)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004; (4)中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083;华东师范大学ECNU-SITP成像信息联合实验室，上海 200062

Received Date: 09 November 2006
Accepted Date: 13 December 2006
Published Online: 20 July 2007

Abstract: Magneto-transport measurements have been carried out on three heavily Si δ-doped In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As single quantum well samples in which two subbands were occupied by electrons. The weak anti-localization (WAL) has been found in such high electron mobility systems. The strong Rashba spin-orbit (SO) coupling is due to the high structure inversion asymmetry (SIA) of the quantum wells. Since the WAL theory model is so complicated in fitting our experimental results, we obtained the Rashba SO coupling constant　α and the zero-field spin splitting　Δ0 by an approximate approach. The results are consistent with that obtained by the Shubnikov-de Haas (SdH) oscillation analysis. The WAL effect in high electron mobility system suggests that finding a useful approach for deducing α and Δ0 is important in designing future spintronics devices that utilize the Rashba SO coupling.

Keywords:

In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As /
weak anti-localization /
SdH oscillation /
two-dimensional electron gas

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