InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构及自发发射谱

讨论了不同In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构,即带隙及带边不连续性(带阶)的影响。给出了较为精准的InGaAsSb禁带宽度与In组分的关系。分析了In组分对InGaAsSb/GaSb导带、价带带阶的作用。研究表明,随In组分的增加,InGaAsSb禁带宽度减小,应力加大,能带漂移增大,InGaAsSb/GaSb导带、价带的带阶减小。同时,利用上述研究结果合理地解释了InGaAsSb/GaSb自发发射谱的增益、发射峰位及半峰宽与In组分关系。研究In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构及自发发射谱的影响,可以定性地解释已有的实验报道。     

InAs/GaSb量子阱中太赫兹光电导特性

太赫兹技术由于具有重大的科学价值及应用前景而引起了广泛关注,其核心问题是性能优异的室温太赫兹辐射源和探测器研究.本文用半经典的玻尔兹曼方程方法研究了In As/Ga Sb量子阱系统中载流子对电磁场的响应,运用平衡方程方法求解玻尔兹曼方程得到了量子阱系统中的光电导,系统地研究了量子阱结构对光电导的影响,揭示了在该量子阱系统中光电导产生的物理机制.研究发现,量子阱结构主要通过调节载流子的能级、浓度和波函数的耦合影响光电导,对称性较好的量子阱结构(8 nm-8 nm)的光电导信号更强,其峰值落在太赫兹区(0.2 THz),并且在低温下器件的性能较好,温度升高则吸收峰略有降低,且光电导峰值发生红移.研究结果表明该量子阱系统可以用作室温太赫兹光电器件.     

InAs/AlSb/GaSb量子阱中的双色光吸收

为了降低噪声对InAs/GaSb量子阱作为双色电探测器性能的影响,设计性能优良的光电探测器,在InAs/GaSb量子阱中加入AlSb夹层,以减少电子和空穴在界面处的复合,从而抑制由于电子和空穴复合引起的噪声。首先应用转移矩阵方法求解薛定谔方程得到量子阱中电子和空穴的能级和波函数,研究AlSb夹层对电子和空穴波函数的影响。应用平衡方程方法求解外加光场条件下的玻尔兹曼方程,研究所有电子和空穴跃迁通道对光吸收系数的贡献,重点研究了AlSb夹层厚度对光吸收系数的影响。结果表明:基于In As/GaSb的量子阱体系可以实现双色光吸收,加入AlSb夹层可以有效抑制电子和空穴在界面处的隧穿,从而降低复合噪声,同时AlSb夹层的加入也对吸收峰有影响。AlSb夹层的厚度达到2 nm即可有效降低电子和空穴复合噪声,双色光吸收峰在中远红外波段,为该量子阱作为性能良好的中远红外光电探测器提供理论支撑。     

第一原理研究界面弛豫对InAs/GaSb超晶格界面结构、能带结构和光学性质的影响

通过广义梯度近似的第一原理全电子相对论计算, 研究了不同界面类型InAs/GaSb超晶格的界面结构、电子和光吸收特性. 由于四原子界面的复杂性和低对称性, 通过对InAs/GaSb超晶格进行电子总能量和应力最小化来确定弛豫界面的结构参数. 计算了InSb, GaAs型界面和非特殊界面(二者交替)超晶格的能带结构和光吸收谱, 考察了超晶格界面层原子发生弛豫的影响.为了证实能带结构的计算结果, 用局域密度近似和Hartree-Fock泛函的平面波方法进行了计算. 对不同界面类型InAs/GaSb超晶格的能带结构计算结果进行了比较, 发现界面Sb原子的化学键和离子性对InAs/GaSb超晶格的界面结构、 能带结构和光学特性起着至关重要的作用.     

能谷间相互作用对量子阱Ge0.3Si0.7/Si/Ge0.3Si0.7的电子能带结构的影响

采用建立在经验赝势理论基础上的推广k·p方法及电流密度算符技术，计算了生长在Ge_0.3Si_0.7（001）衬底上的量子阱Ge_0.3Si_0.7/Si/Ge_0.3Si_0.7的导带电子束缚能级．详细地研究了因能谷间相互作用而引起的能级分裂情况，同时也讨论了电子束缚能级在阱平面方向上的色散关系 关键词：     

(InAs)1/(GaSb)1超晶格纳米线第一原理研究

半导体纳米线作为纳米器件的作用区和连接部分具有理想的形状, 把电子运动和原子周期性限制在一维结构当中.通过体材料的已知特性, 有效地选择材料组分使纳米线的低维结构优点更加突出.此外, 还可以通过其他方式来调整纳米线特性, 如控制纳米线直径、晶体学生长方向、结构相、表面晶体学晶面和饱和 度等内部或固有的特性;施加电场、磁场、热场和力场等外部影响. 体材料InAs和GaSb的晶格常数非常相近, 因此InAs/GaSb异质结构晶格失配很小, 可生长成为优良的红外光电子材料.另外, 体材料InAs在二元III---V化合物半导体中具有最低的有效质量, 这使得电子限制在InAs层的InAs/GaSb超晶格具有良好的输运特性. 本文通过第一原理计算研究轴线沿[001]和[111]闪锌矿晶体学方向的 (InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线(下标表示分子或双原子单层的数量) 的结构、电子和力学特性, 以及它们随纳米线直径(线径约为0.5---2.0 nm)的变化规律.另外, 分析了外部施加的应力对电子特性的影响, 考察了不同线径(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线的电子带边能级随轴向应变的变化, 从而确定超晶格电子能带的带边变形势.     

GaInSb/GaSb量子阱结构的低温光致发光谱

ＧａＩｎＳｂ三元合金半导体可用于制作工作于１．５５～５．５μｍ波段范围的光电子器件．在光通讯方面,需要２．５５μｍ波长的激光器和接收器,ＧａＩｎＳｂ半导体合金无疑是一种可选的材料．此外,这种材料也可用于制作高速电子器件,与ＧａＡｓ基异质结构相比,Ｇａ...     

Paul阱中一维两离子系统的能带结构

利用熟知的级数截断方法，设计数值程序计算了线形Paul阱中库仑关联的两离子系统Schrdinger方程的精确解，得到接近目前离子阱实验能够实现的阱频下系统分立的运动态波函数和能谱，它们对应于阱频值的一个无穷可数的点集.在该点集内两相邻点之间连续变化阱频，由量子微扰法得到以精确分立谱为基础的能带结构，包括较宽的能隙和较窄的带宽.能带结构的存在将影响以该系统为基础的量子逻辑操作和激光边带冷却等问题，应该在实验研究中加以考虑.     

InGaN量子阱的微观特性

采用VASP程序包模拟计算InGaN量子阱的能带,精细展示了量子阱实空间能带结构。计算结果表明,In原子所在区域出现局域束缚态,导带底与价带顶的简并能级发生分裂,同时量子阱沿垂直结面方向存在分立的能级。此外,针对影响能带的In组分波动、能带弯曲等问题进行探讨,以准确描述其电子行为,从而深入系统地了解InGaN/GaN量子阱的电学光学等特性。     

单频导纳谱法测量锗硅量子阱的能带偏移

提出了用单频导纳谱法测量储硅单量子阶的能带偏移，与常规的多频导纳谱相比，它只需测一个频率的导纳谱就能得到更精确的实验结果。用该方法对Ｓｉ／Ｇｅ_０．３３Ｓｉ_０．６７／Ｓｉ单量子阱进行测试，得到激活能为Ｅ_a＝０．２０ｅＶ。为了计算出能带偏移值，必须能准确确定具有单量子阱结构样品中的费密能级位置，由于在单量子阱结构中费密能级的位置与阱材料、垒材料的掺杂浓度、阱的高度（即能带偏移）及温度等几个因素均有关。为此，本文通过解泊松方程，计算出结合本文样品 关键词：     

Quantum spin Hall effect in inverted InAs/GaSb quantum wells

We review the recent experimental progress towards observing quantum spin Hall effect in inverted InAs/GaSb quantum wells (QWs). Low temperature transport measurements in the hybridization gap show bulk conductivity of a non-trivial origin, while the length and width dependence of conductance in this regime show strong evidence for the existence of helical edge modes proposed by Liu et al. [Phys. Rev. Lett., 2008, 100: 236601]. Surprisingly, edge modes persist in spite of comparable bulk conduction and show only weak dependence on magnetic field. We elucidate that seeming independence of edge on bulk transport comes due to the disparity in Fermi-wave vectors between the bulk and the edge, leading to a total internal reflection of the edge modes.     

Intersubband lifetimes in InAs/GaSb superlattices using saturated absorption spectroscopy

We investigate intersubband relaxation rates above the optical phonon energy in a InAs/GaSb superlattice using saturation spectroscopy. A high-intensity free-electron laser tuned to the intersubband transition energy is used to saturate the absorption process revealing picosecond relaxation rates. The effects of the parallel magnetic field and laser energy on the relaxation processes are explored.     

Intersubband transitions in InAs/GaSb semi-metallic superlattices

Magnetic field orientated parallel to the superlattice layers enables intersubband absorption to occur for normally incident light. We investigate semi-metallic InAs/GaSb superlattices in this configuration, presenting data over a wide range of InAs well widths. For narrow wells, the reduced absorption coefficient means that an alternative waveguide configuration, where the light makes about 4 or 5 passes through the sample is used. In this second configuration we see further activation of the intersubband resonance by the parallel field. The intersubband energy and absorption characteristics are studied over a large range of well widths and compared with results from 8-band k·p calculations.     

Four-component superlattice empirical pseudopotential method for InAs/GaSb superlattices

For the design of InAs/GaSb superlattice (SL) heterojunction infrared photodetectors with very low dark current we have extended the standard two-component superlattice empirical pseudopotential method (SEPM) and implemented a four-component model including interface layers. For both models, the calculated bandgap values for a set of SL samples are compared to bandgaps determined by photoluminescence measurements. While the bandgap resulting from the two-component model agrees well with experimental data for SL structures with individual layer thicknesses of 7 monolayers and more, we show that for SLs with thinner GaSb layers the four-component SEPM model is accurate, when the As-content in the interface and barrier layers is included in the model.     

Coherent phonon dynamics in short-period InAs/GaSb superlattices

We have performed ultrafast pump-probe spectroscopy studies on a series of InAs/GaSb-based short-period superlattice (SL) samples with periods ranging from 46 Å to 71 Å. We observe two types of oscillations in the differential reflectivity with fast (∼$\sim$1–2 ps) and slow (∼$\sim$24 ps) periods. The period of the fast oscillations changes with the SL period and can be explained as coherent acoustic phonons generated from carriers photoexcited within the SL. This mode provides an alternative method for determining the SL period. The period of the slow mode depends on the wavelength of the probe pulse and can be understood as a propagating coherent phonon wavepacket modulating the reflectivity of the probe pulse as it travels from the surface into the sample.