外场对InPBi低维半导体结构中激子态的影响

发布时间：2017-06-18 16:11

  本文关键词：外场对InPBi低维半导体结构中激子态的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着分子束外延及金属有机化学气相沉淀等外延生长技术的发展,人们可以制造出各种人工设计的低维半导体异质结构,它们具有特殊的光学和电学特性,因此广泛应用于光电子器件。对低维半导体材料的激子态进行理论上的研究在光通信器件的应用方面具有一定的指导意义。本文在有效质量包络函数近似下采用变分法研究了InAlAs/InPBi/InAlAs低维半导体结构中的激子态,主要研究内容如下:1.简单地介绍了低维半导体结构、低维半导体材料在光通信中的应用以及稀铋材料,并且对激子进行了详细的介绍。2.系统地介绍了打靶法和变分法,为低维半导体结构中激子结合能的计算提供理论基础。3.在有效质量包络函数近似下,利用变分法研究了In AlAs/InPBi/InAl As低维半导体结构中的激子结合能。计算结果表明量子阱中激子结合能随着阱宽的增大呈现先增大后减小的趋势,玻尔半径随阱宽的增大先减小后增大,这是由量子限制势和库仑势共同作用的结果;Al组分和Bi组分的逐渐增加影响了材料的带隙,导致激子结合能的不断增大;Al和Bi组分不同,激子结合能最大值出现的位置不同。与此同时,量子线和量子点中的激子结合能随着量子线和量子点半径的逐渐增大先增加到一个最大值后再减小,与量子阱中激子结合能的变化趋势相同。4.研究了外加电场对InAlAs/InPBi/In AlAs低维半导体结构中激子结合能的影响。计算结果表明量子阱较宽时,电场对激子结合能的影响较大;一定范围内的电场对激子结合能的影响较小,但是电场强度较大时会破坏激子效应,使得激子结合能变得很小。此外,电场对量子线和量子点中激子结合能的影响与对量子阱中激子结合能的影响相似。5.讨论了外加磁场对InAlAs/InPBi/In AlAs低维半导体结构中激子结合能的影响。计算结果表明量子阱中的激子结合能随着磁场的不断增大呈现单调增加的趋势,并且增加幅度越来越大,这是因为外加磁场在量子阱中产生的额外限制势所致;量子阱较窄和较宽时,磁场对激子结合能的影响越大。与此同时,随着外加磁场的逐渐增大,量子线和量子点中的激子结合能也逐渐增大,磁场对量子线和量子点中激子结合能的影响与对量子阱中的激子结合能的影响相似。
【关键词】：低维半导体 稀铋材料 激子结合能 变分法 电场 磁场
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN303
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 低维半导体结构8
• 1.2 低维半导体材料在光通信中的应用8-9
• 1.3 稀铋材料9
• 1.4 激子9-10
• 1.5 本论文主要工作10-11
• 第2章 低维半导体结构中激子态的计算方法11-18
• 2.1 打靶法11-16
• 2.2 变分法16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第3章 低维半导体结构中激子态的研究18-29
• 3.1 引言18
• 3.2 理论模型18-20
• 3.3 数值计算与结果分析20-28
• 3.3.1 量子阱中激子结合能与阱宽以及Al、Bi组分的关系21-23
• 3.3.2 量子阱中激子玻尔半径与阱宽的关系23
• 3.3.3 量子阱中电子和空穴分离的非相关概率23-24
• 3.3.4 量子线中激子结合能与量子线半径以及Al、Bi组分的关系24-25
• 3.3.5 量子线中激子玻尔半径与量子线半径的关系25-26
• 3.3.6 量子点中激子结合能与量子点半径以及Al、Bi组分的关系26-27
• 3.3.7 量子点中激子玻尔半径与量子点半径的关系27-28
• 3.4 结论28-29
• 第4章 外加电场对低维半导体结构中激子态的影响29-38
• 4.1 引言29
• 4.2 理论模型29-31
• 4.3 数值计算与结果分析31-37
• 4.3.1 量子阱势能与电场的关系31
• 4.3.2 量子阱中激子结合能与电场的关系31-34
• 4.3.3 量子线中激子结合能与电场的关系34-36
• 4.3.4 量子点中激子结合能与电场的关系36-37
• 4.4 结论37-38
• 第5章 外加磁场对低维半导体结构中激子态的影响38-48
• 5.1 引言38
• 5.2 理论模型38-40
• 5.3 数值计算与结果分析40-47
• 5.3.1 量子阱势能与磁场的关系40
• 5.3.2 量子阱中激子结合能与磁场的关系40-44
• 5.3.3 量子线中激子结合能与磁场的关系44-45
• 5.3.4 量子点中激子结合能与磁场的关系45-47
• 5.4 结论47-48
• 第6章 总结48-49
• 参考文献49-53
• 在读期间发表的学术论文53-54
• 致谢54

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