势垒区δ掺杂量子阱Ge0.3Si0.7/Si/Ge0.3Si0.7的子带间跃迁光吸收系数

采用包络函数方法对生长在Ｇｅ_0.3Ｓｉ_0.7（００１）衬底上势垒区δ掺杂量子阱Ge_0.3Si_0.7/Si/Ge_0.3Si_0.7的电子能带结构及子带间光吸收特性进行了自洽的计算．对光吸收系数与量子阱的阱宽、δ掺杂位置及δ掺杂密度间的变化关系进行了讨论．最后对由高浓度的二维电子气的退极化效应所引起的频率位移进行了研究 关键词：     

直接带隙Ge耦合双量子阱中的光吸收系数

在有效质量近似下,详细研究了直接带隙Ge/Ge Si耦合双量子阱中带间光跃迁吸收系数和阈值能量随量子阱结构参数的变化情况.结果表明:随着量子阱阱宽增大,带间光跃迁吸收强度会逐渐减弱,阈值能量减小,吸收曲线向低能方向移动,出现了红移现象.增强耦合量子阱间的耦合效应使得带间光吸收强度显著提升.此外,与非对称耦合量子阱相比,耦合效应对对称耦合量子阱中光吸收系数的影响更为显著.     

直接带隙Ge耦合双量子阱中的光吸收系数

在有效质量近似下,详细研究了直接带隙Ge/GeSi耦合双量子阱中带间光跃迁吸收系数和阈值能量随量子阱结构参数的变化情况。结果表明：随着量子阱阱宽增大,带间光跃迁吸收强度会逐渐减弱,阈值能量减小,吸收曲线向低能方向移动,出现了红移现象。增强耦合量子阱间的耦合效应使得带间光吸收强度显著提升。此外,与非对称耦合量子阱相比,耦合效应对对称耦合量子阱中光吸收系数的影响更为显著。     

基于量子阱子带间跃迁的红外探测器研究

红外探测器广泛应用于夜视、热成像、通讯、制导、遥感控制等领域,在民用和军事上都有重要研究意义.本文从基本原理出发,介绍研究方法、实验设计思路及北京大学在本领域近年的研究进展,着重展示科研中遇到的困难及解决方法,力图以此引导研究性实验教学,为相关科研提供参考.     

缓冲层对量子阱二能级系统中电子子带间跃迁光吸收的影响

由于ZnO缓冲层对纤锌矿ZnO/Mg_xZn_(1-x)O有限深单量子阱结构左垒的限制作用,导致阱和右垒的尺寸、Mg组分值等因素将影响系统中形成二能级.本文考虑内建电场、导带弯曲及材料掺杂对实际异质结势的影响,利用有限差分法数值求解Schr?dinger方程,获得电子的本征能级和波函数,探讨ZnO缓冲层对此类量子阱形成二能级系统的尺寸效应及三元混晶效应的影响;利用费米黄金法则探讨缓冲层、左垒、阱及右垒宽度和三元混晶效应对此类量子阱电子子带间跃迁光吸收的影响.计算结果显示:对于加入ZnO缓冲层的ZnO/Mg_xZn_(1-x)O有限深单量子阱二能级系统,左垒宽度临界值会随着阱宽和Mg组分值的增大而逐渐减小,随着右垒宽度和缓冲层厚度的增大而逐渐增大;量子阱中电子子带间跃迁光吸收峰会随着左垒、右垒尺寸以及Mg组分的增大发生蓝移,随着阱宽增大而发生红移.本文所得结果可为改善异质结器件的光电性能提供理论指导.     

SiGe/Si多量子阱中的光致子带间吸收研究

本文论述了硅锗量子阱中的光致子带间吸收的机理,并在实验中探测SiGe/Si量子阱价带间的红外光致吸收.载流子由氩离子激光器作为光泵浦源产生,所导致的红外吸收由一个步进式傅里叶变换光谱仪来探测.在硅锗量子阱中的光致吸收有两个来源:类似单一掺杂的SiGe薄层的体吸收的自由载流子吸收,及量子阱价带的子带间吸收.实验探测了TE和TM偏振方向的吸收.TM偏振方向的吸收是由偏离布里渊带中心的载流子的跃迁所造成的.我们认为这种光致吸收技术在研究价带耦合效应及其对子带间吸收的影响是非常有效的.     

极化子效应对非对称量子阱中光吸收系数的影响(英文)

从理论上研究子电子-声子相互作用对Morse量子阱中光吸收系数的影响,首先利用微扰论方法求出考虑极化子效应时的电子波函数和能级,然后利用密度矩阵和迭代法得到光吸收系数的解析表达式,最后以典型的GaAs/AlGaAs Morse量子阱为例进行数值计算。结果表明,极化子效应使光吸收系数比仅考虑电子的情况增大了,并且在相同光强的情况下吸收饱和现象更明显;极化子效应的影响随着阱的非对称性的增强而增大;电声相互作用对电子能级的修正导致光吸收系数峰值向高能方向偏移。     

电子-声子相互作用对正切平方量子阱中光吸收系数的影响

从理论上研究了电子-声子相互作用对正切平方量子阱中光吸收系数的影响,首先利用微扰论方法求出考虑极化子效应时正切平方量子阱的波函数和能级,然后利用密度矩阵算符理论和迭代法得到光吸收系数的解析表达式,最后以典型的GaAs/AlGaAs正切平方量子阱为例进行数值计算。结果表明,极化子效应对线性吸收系数、三阶非线性吸收系数和总吸收系数都有显著的影响,在相同光强的情况下极化子效应使光饱和吸收现象更加明显;考虑电声相互作用后,总吸收系数的改变量随着势阱宽度b的减小和势阱深度V0的增加而增大。     

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。     

δ-掺杂受主的扩散对GaAs/AlAs量子阱子带的影响（英文）

在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间,分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布,由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离,成为带负电荷的受主离子,同时也向量子阱价带的子带中引入空穴。带负电荷的扩散受主离子和价带子带中的空穴,它们都是带电粒子在GaAs阱层中按库伦定律激发电场。相比较而言,对于无掺杂同结构量子阱,在空穴的薛定谔中增加了一个额外的微扰势,从而使无掺杂的量子阱价带的子带有所改变。在有效质量和包络函数近似下,通过循环迭代方法,数值求解了既满足薛定谔方程又满足泊松方程的空穴波函数,找出了自洽、收敛的空穴子带的能量本征值。计算发现考虑到这种额外微扰势,重空穴基态子带hh的能量有一个电子伏特变化,并且随着掺杂受主剂量的增加,重空穴基态子带hh向着价带顶红移,计算结果与实验测量符合得很好。     

AlxGa1-xN/GaN双量子阱的结构和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸收系数的影响

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al0.75Ga025N/GaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S1ood与第二偶序子带S2evenISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0.62 eV时,Slotld-S:一ISBT吸收系数随着中间耦合势垒的降低而增加.当减小AlxGa1-xN/GaN的DQWs中间耦合势垒宽度时,S1odd-S2evenISBT波长将变短,其吸收系数变大.另一方面,当对称DQWs的势阱宽度大于1.9 nm时,S1odd-S2evenISBT波长随着势阱的变窄而减小,S1odd-S2evenISBT吸收系数随着势阱的变窄而增加.当势垒中的掺杂浓度小于1018/cm3时,S1odd-S2evenISBT波长基本不随掺杂浓度变化,而吸收系数随掺杂浓度的增加而增加.这些结果对于利用DQWs实现工作于光纤通信波段超快的、基于三能级或四能级系统的双色光电子器件的应用具有指导意义.     

可用于红外探测器的自组织量子线及其带间和子带间光学跃迁

研究了自组织量子线Ga1-xInxAs的结构、应力分布及其光学性质.模拟了微应力导致的横向成序及其导引短周期超晶格形成量子线的过程，并计算出量子线在原子尺度上的微应力分布.这里考虑了价带各向异性、带间混合及局域应力分布对光学性质的作用.研究发现自组织量子线具有应用于正入射红外探测器的良好光学特性.结果显示当量子线的周期长度为15到30nm时，导带子带间跃迁波长处在10到20μm，这正是红外探测器的理想工作范围.同时，带间吸收波长在中红外范围，它提供了红外探测器的另一个窗口. 关键词： 自组织 微应力 红外探测器 量子线     

基于p-n结中反常光电转换现象的新型带间跃迁量子阱红外探测器

实验发现p-n结中局域载流子具有极高抽取效率,同时伴随着吸收系数的大幅度增加.本文报道上述现象的发现和验证过程,以及基于此现象的新型带间跃迁量子阱红外探测器(interband transition quantum well infrared detector,IQWIP)原型器件的性能.采用共振激发光致发光光谱技术,在InGaN量子阱、InGaAs量子阱、InAs量子点等多个材料体系中均观察到了在p-n结电场作用下的载流子高效逃逸现象,抽取效率分别为95%,87.5%,88%.利用含有InGaAs/GaAs多量子阱的PIN二极管,实验尝试了制备新型的IQWIP原型器件.在无表面减反射膜的实验条件下,利用仅100 nm的有效吸收厚度,实现了31%的外量子效率.基于这个数值推算得到量子阱的光吸收系数达到3.7×10~4cm~(-1),该数值高于传统透射实验测量体材料和量子阱结果.此外,还利用InAsSb/GaSb量子阱材料体系进行了2μm以上波长红外探测的探索.利用上述现象,有望在提高现有器件性能的同时开发出新颖的光-电转换器件.     

AlGaN/GaN量子阱中子带的Rashba自旋劈裂和子带间自旋轨道耦合作用研究

首先把本征值方程投影到导带的子空间中, 进而得到AlGaN/GaN量子阱中第一、二子带的Rashba自旋劈裂系数(α ₁, α ₂)和子带间自旋-轨道耦合系数η₁₂. 然后自恰求解薛定谔方程和泊松方程计算了不同栅压的量子阱中的α ₁, α ₂和η₁₂, 并分别讨论了量子阱阱层、左右异质结界面和垒层对它们的贡献. 结果表明可以通过栅压来调节自旋-轨道耦合系数, 子带间自旋轨道耦合系数η₁₂比Rashba自旋劈裂系数α ₁, α ₂小, 但基本在同一数量级.     

Co掺杂对YBa2 Cu3 O7-δ电阻率与塞贝克系数的影响

用固态反应法制备了YBa2Cu3-xCoxO7-δ(x=0.0,0.1,0.2,0.5)样品,研究了Co掺杂对YBa2Cu3O7-δ高温区的电阻率和塞贝克系数的影响。随着Co含量的增加,样品的电阻率和塞贝克系数逐渐增大,从金属性导电转变为p型半导体导电。x=0.2和0.5样品的电导活化能在500K处发生突变,高温区的活化能大于低温区的活化能。通过塞贝克系数与温度的关系,计算出x=0.2和0.5样品的费米能级分别为0.02和0.12 eV。当温度高于650-700K时,氧脱附显著影响样品的电输运性质,导致电阻率和塞贝克系数随温度增加而增大。     

GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子n=3，△n=0跃迁谱线和振子强度的计算

用HFR方法对CaⅨ-KrⅩⅩⅤ离子3s^2，3s^3P，3s3d，3p^2组态能级结构进行了理论计算。在已有实验研究的基础上，通过分析离子能级沿等电子序列的变化规律，运用最小二乘拟合方法预言计算了GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子3s^2，3s^3P，3s3d，3p^2组态14条精细结构能级值。在此基础上，进一步计算了GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子3s^2-3s3p，3s3p-3s3d和3s3p-3p^2跃迁的23条谱线波长和相应的振子强度。计算结果与已有的实验值十分吻合，波长的最大不确定度为0．008nm。     

GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子n=3,Δn=0跃迁谱线和振子强度的计算

用HFR方法对CaⅨ-KrⅩⅩⅤ离子3s2,3s3p,3s3d,3p2组态能级结构进行了理论计算.在已有实验研究的基础上,通过分析离子能级沿等电子序列的变化规律,运用最小二乘拟合方法预言计算了GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子3s2,3s3p,3s3d,3p2组态14条精细结构能级值.在此基础上,进一步计算了GeⅩⅪ-SeⅩⅩⅢ离子3s2-3s3p,3s3p-3s3d和3s3p-3p2跃迁的23条谱线波长和相应的振子强度.计算结果与已有的实验值十分吻合,波长的最大不确定度为0.008 nm.     

AlxGa1-xN/GaN双量子阱的结构和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸收系数的影响

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al_0.75Ga_0.25N/GaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S_1ood与第二偶序子带S_2even ISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0.62 eV时,S_{1odd< 关键词： 自洽 x}Ga_1-xN/GaN双量子阱')" href="#">Al_xGa_1-xN/GaN双量子阱 子带间跃迁     

纤锌矿结构ZnO/Mg_xZn_(1-x)O量子阱中带间光吸收的尺寸效应和三元混晶效应

对于纤锌矿结构ZnO/MgxZn1-xO有限深单量子阱结构,考虑内建电场、导带弯曲及材料掺杂对实际异质结势的影响,利用有限差分法和自洽法数值求解Schr?dinger方程和Poisson方程,获得电子(空穴)的本征能级和本征波函数.进而,采用费米黄金法则讨论带间光吸收的尺寸效应和三元混晶效应.结果表明:三元混晶材料MgxZn1-xO中Mg组分的增加会增强垒层和阱层的内建电场强度,使得电子(空穴)平均位置靠近左(右)垒,导致带间跃迁吸收峰呈指数减小且发生蓝移;ZnO/MgxZn1-xO量子阱带间跃迁吸收峰随阱宽增大而减小,吸收峰发生红移.所得结果可为改善异质结构材料和器件的光电性能提供理论指导,以期获得实际应用所需的光学吸收频谱和波长.