High photocarrier mobility in ultrafast ion-irradiated In_0.53Ga_0.47As for terahertz applications

Abstract

Optical pump–terahertz (THz) probe spectroscopy was used for investigation of electron dynamics in In0.53Ga0.47As films irradiated by heavy ions (Br+) at doses from 109 to 1012 cm−2. From the transient conductivity spectra, photoexcited electron lifetimes and mobilities were determined; their decrease is observed upon increase in the irradiation dose. At the highest dose, the material combines an electron lifetime of 0.46 ps with an exceptionally high photoexcited electron mobility of 3600 cm2 V−1 s−1. This last value is even higher than those reported for low-temperature-grown GaAs with similar electron lifetime. Due to its rather low band gap, heavy-ion irradiated In0.53Ga0.47As shows promising properties for the development of THz systems using telecommunication based technology.

1550 nm ErAs:In(Al)GaAs large area photoconductive emitters

“…A lifetime of 0.46 ps has been reported. 9 Here, we report on incorporation of ErAs nanoparticulates as recombination centers. We implemented the short lifetime material in a large area emitter (LAE) geometry, which has been proven to be very efficient for high power, ultra-broadband THz generation.…”

THz Photoconductive Antennas Made From Ion-Bombarded Semiconductors

“…Optical pump-terahertz probe spectroscopy was used for investigation of electron dynamics in In 0.53 Ga 0.47 As films irradiated by heavy ions (Br + ) at doses from 10 9 to 10 12 cm -2 [48] : at the highest irradiation dose, the In 0.53 Ga 0.47 As material combines an electron lifetime of 0.46 ps with an exceptionally high photoexcited electron mobility of 3600 cm 2 V -1 s -1 . A quasi-invariance of the residual carrier concentration,~1×10 15 cm -3 , is observed whatever the irradiation dose [49].…”

Электрические и тепловые свойства фотопроводящих антенн на основе In-=SUB=-x-=/SUB=-Ga-=SUB=-1-x-=/SUB=-As (x>0.3) с метаморфным буферным слоем для генерации терагерцового излучения

“…В основном в качестве фото-проводящего слоя для ФА используют два материала: выращиваемый в низкотемпературном режиме GaAs (LT-GaAs) [4] и InGaAs [5]. Первый применяют для создания источников ТГц излучения под оптическую накачку фемтосекундного лазера (800 нм), а второй позволяет работать с более длинноволновой оптической накачкой в диапазоне 1.0−1.6 мкм [6,7]. Поскольку для изготовления антенны требуется высокое сопротивление фотопроводящего материала, а в InGaAs оно изначально ниже, чем в LT-GaAs, полупроводник эпитаксиально выращивают при низкой температуре и легируют бе-риллием [5] или эрбием [8], применяют ионную им-плантацию [9,10], а также используют сверхрешеточ-ные структуры на основе последовательности слоев In 0.53 Ga 0.47 As/In 0.52 Al 0.48 As с вкраплением островков ErAs [11] и легированного бериллием In 0.53 Ga 0.47 As [12].…”

“…Поскольку для изготовления антенны требуется высокое сопротивление фотопроводящего материала, а в InGaAs оно изначально ниже, чем в LT-GaAs, полупроводник эпитаксиально выращивают при низкой температуре и легируют бе-риллием [5] или эрбием [8], применяют ионную им-плантацию [9,10], а также используют сверхрешеточ-ные структуры на основе последовательности слоев In 0.53 Ga 0.47 As/In 0.52 Al 0.48 As с вкраплением островков ErAs [11] и легированного бериллием In 0.53 Ga 0.47 As [12]. ФА на основе LT-GaAs может иметь довольно широкий спектр ТГц излучения вплоть до 5.0 ТГц с максиму-мом генерации излучения в области 1.0 ТГц [13,14], в то время как ФА на основе InGaAs, легированного бериллием, показывают более интенсивную генерацию ТГц излучения, особенно при оптической накачке дву-мя лазерами с близкими частотами [6,15]. Например, в [7] было показано, что ФА на основе решеточно-согласованной структуры, состоящей из нескольких пе-риодов сверхрешетки In 0.53 Ga 0.47 As/In 0.52 Al 0.48 As, имеет высокую эффективность оптико-терагерцовой конвер-сии, а сама структура позволяет получить малое время жизни неравновесных носителей заряда без применения легирования бериллием.…”