半导体表面薄膜的有效量子限制长度和极化子研究

采用提出的等效方法, 确定AlxGa1-xAs衬底上GaAs表面薄膜的量子限制长度, 在此基础上确定了GaAs薄膜的分数维, 进一步利用分数维方法研究了AlxGa1-xAs衬底上GaAs表面薄膜中的极化子特性.      

薄膜厚度对三元混晶四层系统的表面和界面声子极化激元的影响

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了薄膜厚度对真空/极性二元晶体薄膜/极性三元混晶薄膜/半无限大极性二元半导体衬底构成的四层异质结系统的表面和界面声子极化激元的影响,以GaAs/Al0.4Ga0.6As四层异质结系统为例,获得了表面和界面声子极化激元模的频率随薄膜厚度的变化关系.结果表明:三元混晶四层异质结系统中存在七支表面和界面声子极化激元模,且当薄膜厚度发生变化时,只对位于其表面或界面处的极化激元模有影响,对其余的极化激元模几乎没有任何影响.     

有限势垒量子阱中极化子结合能的压力效应

计入流体静压力效应,同时考虑量子阱中三类光学声子模(局域类体光学声子、半空间类体光学声子和界面光学声子模)对单电子基态能量的影响,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中自由极化子的结合能.得到了压力下三类光学声子模对极化子结合能影响随阱宽的变化关系.结果表明:极化子结合能随外加压力增加.     

三元混晶三层薄膜系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了三元混晶三层薄膜系统的表面和界面声子极化激元.以Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族三元混晶三层薄膜系统为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面模和界面模的频率随三元混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明,由于表面和界面数量的增加,与三元混晶量子阱和双层薄膜系统不同,在Al_xGa_(1-x)As/GaAs/Al_xGa_(1-x)As和ZnSe/Zn_xCd_(1-x)Se/ZnSe三层薄膜系统中分别存在十支和八支表面和界面模,且三元混晶的组分和薄膜厚度变化时,表面和界面声子极化激元模的频率随之呈非线性变化,其色散曲线也很好地表征了三元混晶的"单模"和"双模"性.     

氮化物无限抛物量子阱中极化子能量

采用LLP变分法研究氮化物抛物量子阱（GaN／Al0.3Ga0.7N）材料中自由极化子的能级,给出基态能量和基态到第一激发态跃迁能量随抛物量子阱宽度变化的函数关系．研究结果表明,自由极化子基态能量和跃迁能量随着阱宽的增大首先急剧减小,然后缓慢下降,最后接近GaN体材料中的三维值．这些结果在定性上与GaAs／ALGa1-x,As抛物量子阱中的值相似,但在定量上有所不同．GaN／Al0.3Ga0.7N抛物量子阱中电子一声子相互作用对极化子能量的贡献明显大于GaAs／Al0.3Ga0.7N抛物量子阱中的相应值,因此,讨论氮化物抛物量子阱中的电子态问题时应考虑电子一声子相互作用．     

三元混晶三层系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了真空/极性三元混晶薄膜/极性二元半导体衬底三层系统的表面和界面声子极化激元,以AlxGa1-xAs/GaAs和ZnxCd1-xSe/ZnSe为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明:与二元晶体三层系统以及三元混晶单层薄膜不同,在三元混晶三层异质结系统中存在五支表面和界面声子极化激元模,这五支表面和界面模的频率曲线位于二元晶体和三元混晶的体声子极化激元的禁带区间内,且其能量随混晶组分和薄膜厚度呈非线性变化,三元混晶的"单模"和"双模"性也在色散曲线中体现了出来.     

流体静压力下磁场对半导体异质结中束缚极化子的影响

对GaAs/AlxGa1-xAs半导体异质结系统,引入实际异质结势,同时考虑体纵光学(LO)声子和两支界面光学(IO)声子的影响,采用变分法讨论了外界磁场和压力对束缚极化子的影响.利用改进的Lee-Low-Pines(LLP)中间耦合方法处理电子-声子和杂质-声子的相互作用,计算了束缚极化子结合能随压力、磁场强度、杂质位置的变化关系.结果表明,结合能和声子对结合能的贡献随压力和磁场强度的增加而增大.磁场对于IO声子和LO声子对结合能贡献的影响是非线性的,而压力对二者的影响均是近线性的,且磁场和压力对LO声子的作用更为显著.     

电子有效质量随位置变化对半导体量子点杂质态结合能的影响

在连续介电模型和有效质量近似下,考虑电子有效质量随位置的变化,利用变分法从理论上研究了半导体有限高势垒球形量子点中杂质态的结合能.数值计算了AlxGa1-xAs/GaAs球形量子点杂质态基态结合能随量子点尺寸和垒材料Al组分的变化关系,讨论了有效质量随位置变化对基态结合能的影响,并与不考虑有效质量随位置变化做了比较.结果表明:当量子点半径较小时,电子有效质量随位置的变化增加了杂质态基态结合能,随量子点半径增大,杂质态基态结合能的增加幅度变小;量子点半径较大时,电子有效质量随位置变化降低了杂质态基态结合能.随着Al组分增大,杂质态基态结合能单调递增.     

膜厚对三元混晶双层系中声子极化激元模的影响

采用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,运用电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了薄膜厚度对由极性三元混晶组成的双层薄膜系统中的表面和界面声子极化激元的影响.以GaAs/AlxGa1-xAs双层系统为例,获得了其中表面和界面声子极化激元作为膜厚之函数的数值结果并进行了讨论.结果指出:在双层系统的六支表面和界面声子极化激元模中,当两种薄膜材料的厚度均变化时,只有三支界面声子极化激元的频率随之变化,而另外三支表面声子极化激元的频率则几乎不变.而当只有其中一种薄膜材料的厚度发生变化时,则只对其与另一种薄膜材料界面处且位于此种材料的纵横光学声子频率区间内的界面极化激元的频率有影响,而对其他的表面和界面极化激元的频率则没有太大的影响.     

二维电子气深度对一维电子通道中声电电流的影响

表面声波(SAW)在GaAs／AlxGa1-x As量子阱表面沿一维电子通道方向传播时，可诱导产生声电电流，由于GaAs／AlxGa1-x As材料的压电效应，伴随SAW要产生一个压电运动电势，该压电势与异质结中二维电子气(2DEG)的深度有关，作者采用准经典(WKB)近似，研究了2DEG的深度对一维电子通道中声电电流量子化特性的影响。     

GaAs/Al_xGa_(1-x)As和In_(1-x)Ga_xAs/GaSb_(1-y)As_y量子阱中激子的结合能

计算了GaAs/Al_xGa_(1-x)As和In_(1-x)Ga_xAs/GaSb_(1-y)As_y量子阱中激子的结合能,得到了结合能随阱宽和阱深的变化。结果表明,在这两类量子阱结构中激子结合能的变化规律有本质的不同。     

GaAs/AlxGa1-xAs三量子阱中势垒厚度对激子结合能的影响及其压力效应

选取三量子阱模型,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs有限深量子阱中势垒厚度对激子行为的影响,主要计算激子结合能随阱宽和垒厚的变化关系以及Al组分的影响.结果表明,当阱宽较大时,结合能随势垒厚度的变化先增加后趋于稳定值;当阱宽较小时,结合能随垒厚则先减至极小值后再增加.上述结论与通常的有限深势阱之结果相差较大,此修正可为相关的理论和实验提供参考.结果还显示,有限厚势垒情形结合能随压力线性增加的趋势明显小于无限厚势垒情形.     

氮化物抛物量子阱中电子-声子相互作用对极化子能量的影响

采用改进的LLP变分方法．研究氮化物抛物量子阱（GaN／Al0.3Ga0.7N）材料中的电子-声子相互作用．给出极化子基态能量、第一激发态到基态的跃迁能、不同支长波光学声子模对极化子基态能量的贡献随阱宽L的变化关系，在数值计算中考虑了氮化物（纤维锌矿）GaN和AlxGa1-xN构成的抛物量子阱材料中长波光学声子模的各向异性．结果表明，基态能量和跃迁能量随阱宽L的增大而减小。阱宽较小时．减小的速度比较快＋阱宽较大时．减小的速度比较慢．最后缓慢地接近GaN体材料中的三维值．在GaN／Al0.3Ga0.7N抛物量子阱中定域准LO声子对极化子能量的贡献比较大．阱宽较大（L=27nm）时约33meV，这一值比GaAs／Al0.2Ga0.7As抛物量子阱中的相应值（约3meV）大的多，并且定域准LO声子的贡献远远大于定域准TO声子的贡献．     

GaAs/AlxGa1-xAs对称耦合双量子阱中激子结合能的压力效应

考虑三元混晶效应,采用变分法讨论GaAs/AlxGa1-xAs对称耦合双量子阱中激子结合能的压力效应,并计算激子结合能随阱宽和中间垒宽的变化关系以及Al组分的影响.结果表明,激子结合能随阱宽的增加先增加至极大,随后减小;随垒宽则先减小到极小,随后增加.结合能随压力则近线性增加,且当阱宽较宽时,Al组分对结合能的影响不明显.     

含三元合金缺陷层有限超晶格中的界面声子-极化激元模

采用转移矩阵方法,研究了含三元合金缺陷层(AlxGa1-xAs)有限超晶格(GaAs/AlAs)中的界面声子-极化激元模性质.结果表明,这种有限超晶格中的声子-极化激元模在剩余射线区[ωTO,ωLO ] 的分布依赖于缺陷层含Al的浓度x,部分类 GaAs(AlAs)声子-极化激元模随着浓度x的增加向低(高)频区移动.此外,而且还可以清晰地看到它们在局域模、表面模和扩展模之间的演变.还发现声子-极化激元模的分布随着组份层和缺陷层厚度的改变,其局域位置和特性发生显著变化.     

GaAs/Al_xGa_(1-x)As非对称耦合双量子阱中的激子态

考虑三元混晶效应,采用变分法计算GaAs/AlxGa1-xAs非对称耦合双量子阱中激子的结合能及其尺寸和压力效应.结果表明:由于双阱的耦合作用,激子结合能表现出与对称情形显著不同的性质,随着阱宽的非对称变化,激子类型可在直接型和间接型之间相互转化.在中间垒厚取较小的固定值时,结合能随左阱宽的增加先减小到一极小值,后增大再减小;随着中间垒厚的增加,结合能最初展现微弱震荡变化,然后突然减小.结合能随Al组分和压力影响均受双阱的耦合和对称性影响较大.     

应变GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中杂质态的结合能

在有效质量近似下,利用变分原理研究了有限高应变GaN/AlxGa1-xN柱形量子点中杂质态的结合能,计算了结合能随量子点高度、半径和杂质位置的变化,讨论了应变对结合能的影响.数值计算表明,杂质态结合能随量子点半径的增大而减小,随量子点高度的增加将先增大到一极大值然后减小.当杂质位置在量子点中心时杂质态的结合能最大,且Al组分的增加使杂质态的结合能增大.研究还指出内建电场使得杂质态的结合能明显降低.     

应变闪锌矿(001)取向GaN/AlGaN量子阱中受屏蔽激子的压力效应

采用变分法与自洽计算相结合的方法讨论了在电子-空穴气体屏蔽影响下应变闪锌矿(001)取向GaN/AlxGa1-xN量子阱中激子结合能的压力效应.结果表明,若考虑压力对双轴及单轴应变的调制以及禁带宽度、有效质量和介电常数等参数的影响,激子结合能随压力的增大近似线性增加.此外,由简化相干近似法讨论了垒材料AlxGa1-xN中铝组分对激子结合能的影响.结果表明,在固定的压力下当铝组分增加时激子结合能会逐渐增加;且压力较大时结合能随组分的增加更加显著.     

磁场下有限厚势垒GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能

利用变分法讨论势垒厚度对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用以及垂直于界面方向磁场的影响,分别给出结合能随阱宽、垒厚、杂质位置和磁场强度的变化关系,并与无限深势阱量子阱和无限厚势垒量子阱两种情形的结果进行了比较.结果表明,在小阱宽下,有限高势垒时的结合能明显小于无限高势垒情形,有限厚势垒时的结合能大于无限厚势垒情形.随着阱宽增加,三种情形下结合能的差异逐渐减小.磁场的约束显著地影响着杂质态结合能,其值随着外磁场的增大而单调增加.在以后的工作中,应考虑本文对势垒的修正.     

流体静压力对纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱中极化子效应的影响

研究了纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱和GaN/Al_xGa_(1-x)N方量子阱中流体静压力对极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的贡献(极化子效应)的影响.给出极化子基态能量、跃迁能量以及极化子效应随流体静压力p和组分x的变化关系.理论计算中考虑了纤锌矿结构中介电常数、声子频率、电子有效质量等参数的各向异性和随压力p和坐标z的变化.结果显示,随着流体静压力的增加,纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_(0.3)Ga_(0.7)N三角量子阱和GaN/Al_(0.3)Ga_(0.7)N方量子阱中极化子基态能量和跃迁能量缓慢减小.定域声子、半空间声子以及它们之和对基态能量的贡献随流体压力p的增加而逐渐增大,即极化子效应增大.随组分x的增加,在两种量子阱中极化子基态能量和跃迁能量逐渐增大.半空间声子对极化子基态能量的贡献随组分x的增加而降低,而定域声子对基态能量的贡献随组分x的增加而增加,它们之和对基态能量的贡献随组分x的增加而增大.纤锌矿Al_yGa_(1-y)N/Al_xGa_(1-x)N三角量子阱中极化子基态能量和跃迁能量以及极化子效应随流体静压力和组分的变化规律与GaN/Al_xGa_(1-x)N方量子阱结构中相应量的变化规律相似,但量值不同,前者中基态能量和跃迁能量以及极化子效应明显大于后者中相应值.