(001)和(111)取向的张应变量子阱光学特性的比较

以(001)和(111)价带Lutinger-Kohn哈密顿量为基础,讨论了这两种取向的量子阱的能带结构、态密度(DOS)、跃迁矩阵元和增益特性。由于材料结构的各向异性,(111)取向的量子阱在平行生长面内有较小的重空穴有效质量,无应变和压应变激光器可以很好地利用这一点。而(001)取向的量子阱虽有较小的平面内轻空穴有效质量,但并不比(111)量子阱的小多少;加上(001)量子阱的价带耦合效应强,使其DOS比(111)量子阱的大,在相同载流子注入下,张应变(111)量子阱的增益系数比相应(001)量子阱的要高。所以张应变(111)量子阱激光器仍然比相应的(001)量子阱激光器性能要好。可以认为匹配和压应变的(111)激光器优异的性能不仅来自小的面内有效质量,也来自于弱的价带耦合效应。     

固定波长应变量子阱的设计与比较

针对lnGaAsP材料,我们比较了不同应变与阱宽组合的固定波长应变量子阱特性.压应变下量子阱的应变量越大,阱宽越窄,其能带结构越理想.张应变下主要由于电子与轻空穴的偶极矩阵元比电子与重空穴的大,以及其较大的态密度,使得张应变量子阱的微分增益比压应变和匹配量子阱的大得多.如果固定的张应变量只能使第一子带为LH,第二子带为HH,则存在一个最优的阱宽,阱宽太小不能消除LHI与HH2的耦合,阱宽太大又会带来LH3与HH2的耦合,同样会有不利影响.     

InGaAsSb/AlGaAsSb长波长多量子阱激光器有源区的优化设计

系统地研究了波长为2.7μm的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱激光器中有源区的优化设计.分别用含应变势的6带KP模型和抛物带模型计算价带和导带的能带结构，并得到薛定谔方程和泊松方程的自洽解，由此计算量子阱在载流子注入时的增益谱.研究表明制约量子阱增益的主要因素不是跃迁矩阵元，而是粒子数反转程度，尤其是空穴填充HH1子带的概率.增加压应变或减小阱宽都会提高量子阱增益.前者降低了价带HH1子带空穴的平面内有效质量；后者拉大了价带子带间距，尽管它同时略微增加了空穴有效质量.这两种因素都导致价带顶空穴态     

固定波长应变量子阱的设计与比较

针对ｌｎＧａＡｓＰ材料，我们比较了不同应变与阱宽组合的固定波长应变量子阱特性压应变下量子阱的应变量越大，阱宽越窄，其能带结构越理想张应变下主要由于电子与轻空穴的偶极矩阵元比电子与重空穴的大，以及其较大的态密度，使得张应变量子阱的微分增益比压应变和匹配量子阱的大得多如果固定的张应变量只能使第一子带为ＬＨ，第二子带为ＨＨ，则存在一个最优的阱宽，阱宽太小不能消除ＬＨＩ与ＨＨ２的耦合，阱宽太大又会带来ＬＨ３与ＨＨ２的耦合，同样会有不利影响     

近800 nm波长张应变GaAsP/AlGaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_1-xP_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_1-xP_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh₁,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh₁.计算并分析了导带第一子带c₁到价带子带lh₁和hh₁的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_1-xP_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.     

InGaAs/GaAs应变量子阱激光器线宽展宽因子的理论研究

详细地介绍了计算线宽展宽因子(α因子)的理论基础及推导过程, 建立了α因子的简便模型. 该模型分别考虑了带间跃迁、带隙收缩和自由载流子效应对α因子的影响, 利用不同载流子浓度下的增益曲线得到光子能量随载流子浓度的变化速率以及微分增益, 进而对α因子进行近似计算. 模拟计算了InGaAs/GaAs量子阱激光器的增益曲线及α 因子的大小, 计算结果与文献报道的实验值相符. 进一步讨论了InGaAs/GaAs量子阱阱宽及In组分对α 因子的影响. 结果表明, α 因子随In组分和阱宽的增加而增加.     

InP基InGaAlAs/InGaAsSb应变量子阱激光器的子带跃迁计算

采用有效质量模型下的4×4 Luttinger-Kohn哈密顿量矩阵对In0.53Ga0.39Al0.08As/InxGa1-xAs0.9Sb0.1量子阱结构的能带进行了计算。求得了C1-HH1跃迁波长随In组分及阱宽的变化关系,并采用力学平衡模型计算了此应变材料体系在生长时的临界厚度。结果表明,在结构设计和材料生长中采用合适的材料组分和阱宽,在InP基InGaAlAs/InGaAsSb应变量子阱激光器中能够实现1.6～2.5 μm近中红外波段的激射波长。     

近800nm波长张应变GaAsP/A1GaAs量子阱激光器有源区的设计

张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱是高性能大功率半导体激光器的核心有源区,基于能带结构分析优化其结构参数具有重要的应用指导意义.首先,基于6×6 Luttinger-Kohn模型,采用有限差分法计算了张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱的能带结构,得到了第一子带间跃迁波长固定为近800 nm时的阱宽-阱组分关系,即随着阱组分x的增加,需同时增大阱宽,且阱宽较大时靠近价带顶的是轻空穴第一子带lh_1,阱宽较小时靠近价带顶的是重空穴第一子带hh_1.计算并分析了导带第一子带c_1到价带子带lh_1和hh_1的跃迁动量矩阵元.针对808 nm量子阱激光器,模拟计算了阈值增益与阱宽的关系,得到大阱宽有利于横磁模激射,小阱宽有利于横电模激射.进一步考虑了自发辐射和俄歇复合之后,模拟计算了808 nm量子阱激光器的阱宽与阈值电流密度的关系,阱宽较大时载流子对高能级子带的填充使得阈值电流密度增加,而阱宽较小时则是低的有源区光限制因子导致阈值电流密度升高,因此存在一最佳的阱宽-阱组分组合,可使阈值电流密度达到最小.本文的模拟结果可对张应变GaAs_(1-x)P_x量子阱激光器的理论分析和结构设计提供理论指导.     

InGaAsSb／AIGaAsSb长波长多量子阱激光器有源区的优化设计

系统地研究了波长为2．7μm的InGaAsSb／AlGaAsSb多量子阱激光器中有源区的优化设计，分别用含应变势的6带KP模型和抛物带模型计算价带和导带的能带结构，并得到薛定谔方程和泊松方程的自洽解，由此计算量子阱在载流子注入时的增益谱，研究表明制约量子阱增益的主要因素不是跃迁矩阵元，而是粒子数反转程度，尤其是空穴填充HHl子带的概率，增加压应变或减小阱宽都会提高量子阱增益，前者降低了价带HHl子带空穴的平面内有效质量；后者拉大了价带子带间距，尽管它同时略微增加了空穴有效质量，这两种因素都导致价带顶空穴态密度的降低，提高了空穴在HHl子带的填充概率，最终提高了量子阱的增益，所得结论与已有的实验报道相符。     

852 nm半导体激光器InGaAlAs、InGaAsP、 InGaAs和GaAs量子阱的温度稳定性

为了提高852 nm半导体激光器的温度稳定性,理论计算了InGaAlAs、InGaAsP、InGaAs和GaAs量子阱的增益,模拟对比并研究了不同量子阱的增益峰值和峰值波长随温度的漂移。结果显示,采用In_0.15Ga_0.74-Al_0.11As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的温度稳定性。使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了压应变In_0.15Ga_0.74Al_0.11As单量子阱852 nm半导体激光器,实验测得波长随温度漂移的数值为0.256 nm/K,实验测试结果验证了理论计算结果。     

Self-consistent simulation on the modal gain of graded-index separate-confinement-heterostructure quantum-well lasers

The effective guide index directly causes the mutual influences in determining the complex refractive index of quantum well and the complex propagation constant of a guided mode. In this paper, self-consistent model (SCM) working on both density matrix theory and transfer matrix method is applied to investigate the modal gain of AlGaAs/GaAs graded-index separate-confinement-heterostructure single quantum-well (GRIN-SCH-SQW) lasers. Based on SCM, the simulated modal gain spectrum shows good agreement with the experimental result. Although varying with the thickness of SCH region or aluminum mole fraction, the percentage change of optical gain is much smaller than that of optical confinement factor. On the other hand, thin well width of QW results in a relative high optical gain but poor optical field confinement. Such opposing effects tend to balance each other and cause the modal gain almost insensitive to the well width change before 60 Å. Further increase of well thickness, the percentage change of optical gain is obviously larger than that of optical confinement factor. Therefore the optical gain becomes the dominant parameter that directly decreases the magnitude of modal gain.     

Ge中束缚施主电子的自旋共振及其各向异性线宽

本文利用Ge中浅施主杂质的有效质量波函数,计算了束缚电子的等效自旋哈密顿量,得到在没有外压力及内应力情况下,仅当Ge的导带极值偏离(2π)/α[111]点时,共振频率才是各向导性的。指出通过电子-核双共振实验可能较确切的判断Ge中导带极值的位置。利用畸变势理论及微扰论,计算了在一般缓变的非均匀内应力作用下,共振频率及自旋共振线宽随磁场方向的各向异性变化。最后具体计算了在以拉伸法生长的晶体中和在弯曲的范性形变下,在最主要的位错类型([211]方向刃型及[110]方向螺型位错)应力场作用下自旋共振线宽的非均匀加宽,指出对于不同类型及不同取向的位错有不同的各向异性线宽。与Wilson的实验结果比较,我们得到当位错密度小于10⁴εcm^-2时,位错应力不是形成线宽的主要原因,当磁场在不同的(110)平面内旋转时,线宽将有相似的各向异性。当位错密度大于10⁵εcm^-2时,位错应力对线宽的贡献是主要的。这很容易由实验判断。     

共振线俘获对碰撞激发X光激光增益特性的影响

 以类氖-锗离子为例,用逃逸概率方法研究了共振线俘获效应对电子碰撞激发X光激光增益特性的影响。对波长为19.6nm,23.2nm和23.6nm等三条激光线,讨论了增益特性对增益区宽度ΔR和介质速度梯度dV/dZ的依赖关系.     

用首尾减半法改善DANTE序列边瓣的抑制

用Dante脉冲序列作选择激励的缺点是它的激励边瓣太大.对于强峰存在的谱在选择激励其他峰时残留部分有时很大而引起对相干转移的误判.这里提出把Dante序列中首尾两个脉冲宽度减半的方法可以把抑制比降低至原来残留部分的1/50左右.     

量子限制效应对δ掺杂GaAs/AlAs多量子阱中铍受主态寿命的影响

采用远红外时间分辨光谱,研究了量子限制效应对δ掺杂在GaAs/AlAs多量子阱中铍（Be）受主态寿命的影响.在低温下的远红外吸收谱中,清楚地观察到了三条主要吸收线,它们分别来源于铍受主从基态到它的三个奇宇称激发态的跃迁.实验结果表明：随着量子限制效应的增强,受主激发态寿命而减少,实验测得体材料中Be受主2p激发态的寿命是350 ps,而阱宽10 nm的多量子阱中的寿命是55 ps.量子限制效应对布里渊区折叠声学声子模的影响增强了受主带内空穴与声学声子相互作用,从而加快了受主带内空穴的弛豫过程. 关键词： 量子限制效应 受主态寿命 时间分辨光谱 δ掺杂')" href="#">δ掺杂     

Si对LaNi5相关系与贮H2性能的影响

本文用X射线多晶衍射方法和差热分析方法研究了LaNi_5-xSi_x(x≤1.25)的相关系,用排水取气法测量了样品的吸H₂性能,LaNi₅,的固溶体和新的三元化合物LaNi₄Si形成共晶体系,共晶温度1170℃,共晶点x=0.96,在单相区中LaNi₅,相点阵常数随Si替代量增加,a减小,c增大,三元化合物LaNi₄Si属正交晶系,点阵常数a=8.382?,b=5.210?,c=3.989?。测量密度D₀=7.59g/cm³,每单胞含两个化合式单位,可能的空间群为D_2h⁵,C_2v²和C_2v⁴,它具有可逆的吸放H₂性能,吸H₂后形成氢化物LaNi₄SiH_3.6。La_1-ySi_yNi,系列样品吸H₂量随Si含量增加而很快下降,LaNi_5-xSi_x系列样品吸H₂量随Si含量的增加稍略下降,平台压力也下降,LaNi_4.8Si_0.2的生成自由能为476cal/molH₂,固溶体氢化物的稳定性比LaNi₁高。 关键词：     

佘楞科夫线状发射和类星体光谱

本文讨论了气体介质中的佘楞科夫效应,指出具有各向同性速度分布的相对论电子在稠密气体中运动时,将发生佘楞科夫线状发射,产生具有宽的、轮廓显著不对称的原子发射谱线。其短波边陡直而长波方向则平坦下降。对氢原子L_α线的计算表明,当气休密度达到N=5×10²⁰厘米^-3,L_α线的宽度将大于60埃。根据这一辐射机制,类星体的发射谱线便可得到较为满意的解释。 关键词：     

化学氧碘激光器高压操作的可行性以及最佳增益区的确定

利用一简单的模型,从理论上证明了在化学氧碘激光器小信号增益存在依赖于系统总氧压力的最佳值,同时讨论了高压下工作的化学氧碘激光器的可行性,最后给出了确定化学氧碘激光器的最佳增益区的方法。     

Exciton and intracenter radiative recombination in ZnMnTe and CdMnTe quantum wells with optically active manganese ions

The emission spectra of Zn_1?x Mn _x Te/Zn_0.6Mg_0.4Te and Cd_1?x Mn _x Te/Cd_0.5Mg_0.5Te quantum-well structures with different manganese concentrations and quantum-well widths are studied at excitation power densities ranging from 10⁵ to 10⁷ W cm^?2. Under strong optical pumping, intracenter luminescence of Mn²⁺ ions degrades as a result of the interaction of excited managanese ions with high-density excitons. This process is accompanied by a strong broadening of the emission band of quantum-well excitons due to the exciton-exciton interaction and saturation of the exciton ground state. Under pumping at a power density of 10⁵ W cm^?2, stimulated emission of quantum-well excitons arises in CdTe/Cd_0.5Mg_0.5Te. The luminescence kinetics of the quantum-well and barrier excitons is investigated with a high temporal resolution. The effect of the quantum-well width and the managanese concentration on the kinetics and band shape of the Mn²⁺ intracenter luminescence characterized by the contribution of the manganese interface ions is determined.     

Mechanisms of Auger recombination in quantum wells

The main mechanisms for the Auger recombination of nonequilibrium carriers in semiconductor quantum-well heterostructures are investigated. It is shown for the first time that there are three fundamentally different Auger recombination mechanisms in quantum wells: 1) a threshold-free mechanism, 2) a quasithreshold mechanism, and 3) a threshold mechanism. The rate of the threshold-free process has a weak temperature dependence. The rate of the quasithreshold Auger process exhibits an exponential temperature dependence. However, the threshold energy depends significantly on the quantum-well width and is close to zero for narrow quantum wells. It is shown that the threshold-free and quasithreshold processes are dominant in fairly narrow quantum wells, while the quasithreshold and threshold Auger processes are dominant in wide quantum wells. The limiting transition to a three-dimensional Auger process is accomplished for a quantum-well width tending to infinity. The value of the critical quantum-well width, at which the quasithreshold and threshold Auger processes combine to form a single three-dimensional Auger recombination process, is found. Zh. éksp. Teor. Fiz. 113, 1491–1521 (April 1998)