直接带隙硅基超晶格Ⅵ(A)/Sim/Ⅵ(B)/Sim/Ⅵ(A)的设计

Si基光发射材料由于它具有与先进的Si微电子技术兼容和成本低廉的优势，是光电子集成(0EIC)工程应用的首选材料．但由于体材料Si属于间接带隙半导体，不可能成为有效的光发射体．如何设计具有直接带隙硅基材料，备受实验研究工作者和材料设计理论工作者的关注．本文介绍一种新的硅基超品格Ⅵ（A）/Sim/Ⅵ（B）/Sim/Ⅵ（A）的能带结构计算．在密度泛函理论框架内，采用混合基从头算赝势法模拟计算表明，其中Se／Si5／0／Si6／Se及Se／Si5／S／Si6／Se超晶格具有相当理想的直接带隙特征，其带隙处于红外波段．预期这类新材料及有关器件会有优越的光发射和各种光学性能，其制作也可较方便地与硅微电子工艺兼容．预计该材料在信息光电子领域将有强大的应用潜力．     

直接带隙硅基超晶格Ⅵ_((A))/Si_m/Ⅵ_((B))/Si_m/Ⅵ_((A))的设计

Si基光发射材料由于它具有与先进的Si微电子技术兼容和成本低廉的优势,是光电子集成(OEIC)工程应用的首选材料.但由于体材料Si属于间接带隙半导体,不可能成为有效的光发射体.如何设计具有直接带隙硅基材料,备受实验研究工作者和材料设计理论工作者的关注.本文介绍一种新的硅基超晶格Ⅵ(A)/Sim/Ⅵ(B)/Sim/Ⅵ(A)的能带结构计算.在密度泛函理论框架内,采用混合基从头算赝势法模拟计算表明,其中Se/Si6/O/Si6/Se及Se/Si6/S/Si6/Se超晶格具有相当理想的直接带隙特征,其带隙处于红外波段.预期这类新材料及有关器件会有优越的光发射和各种光学性能,其制作也可较方便地与硅微电子工艺兼容.预计该材料在信息光电子领域将有强大的应用潜力.     

掠入射荧光XAFS研究(Ge4/Si4)5/Si(001)超晶格的结构

本文用掠入射荧光XAFS研究(Ge4/Si4)5/Si(001)形变超晶格的局域结构.超晶格中的Ge-Ge和Ge-Si第一配位键长分别为RGe-Ge=0.243 nm和RGe-Si=0.238 nm,与晶态Ge(RGe-Ge=0.245 nm)和共价Ge-Si键长RGe-Si=0.240 nm相比,其配位键长缩短了0.002 nm,表明Ge原子周围的晶格产生了扭曲,Ge-Ge配位数为1.8和Ge-Si配位数为2.2显然偏离了理论的配位数Ge-Ge为3和Ge-Si配位数为1.我们提出Ge和Si原子的位置交换模型来解释(Ge4/Si4)5超晶格的界面结构.     

五层复合基超晶格电子结构及解析表示

本文研究了具有任意五层复合基超晶格的电子结构，给出了任意Ｋ值的电子子能带方程和包络波函数的解析表示式，比文献（１）－（４）的结果更加普遍和实用，从而为对复合基超晶格物理性研究，提出了一种更加普遍的理论形式。     

Si/SiO_2和Si/SiN_x/SiO_2超晶格的能带结构

利用Kronig-Penney模型从理论上计算了Si/SiO2和Si/SiNx/SiO2多层膜结构中量子阱的能带结构,进一步分析了各亚层薄膜厚度对能带结构和有效质量的影响.结果发现,适当减少亚层的厚度都能使得纳米Si薄膜的带隙发生明显宽化.在Si/SiO2超晶格中,Si量子阱层带隙能量随着Si层厚度的变化符合EPL(eV)=1.6+0.7/d2关系,与我们的计算结果十分吻合.在Si/SiNx/SiO2超晶格系统中,可以通过控制各亚层厚度,尤其是Si和SiNx层厚度,均能够有效地控制发光.     

超晶格结构与特性

本文简要论述了半导体超晶格的分类、结构特性、能带结构与光电特性，以及它们的发展与应用。     

Au/(Si/SiO_2超晶格)/p型Si结构的可见电致发光研究

采用磁控溅射技术制备了 Si/ Si O2 超晶格薄膜 ,在正向偏压大于 4 V即可观测到了来自Au/ ( Si/ Si O2 超晶格 ) / p - Si结构在室温下的可见电致发光 .认为光发射主要来自于 Si O2 层中的发光中心上的复合发光 ,对实验结果进行了解释 .     

Si基光子材料的研究进展

评述了研究开发Si基光子材料的意义，简述了超晶格、能带工程和Si基层质结构的物理机制，介绍了Si基光子材料研究的进展。     

Si—nipi超晶格电子结构温度效应的研究

我们计算了电子结构和其它的物理参数,对温度是很好地自洽的。用各向异性有效质量及局域密度泛函近似为框架,我们发现对电子亚带和有效带能隙的影响是明显的。     

Si/SiO2和Si/SiNx /SiO2超晶格的能带结构

利用Kronig-Penney模型从理论上计算了Si/SiO₂和Si/SiN_x/SiO₂多层膜结构中量子阱的能带结构, 进一步分析了各亚层薄膜厚度对能带结构和有效质量的影响.结果发现, 适当减少亚层的厚度都能使得纳米Si薄膜的带隙发生明显宽化. 在Si/SiO₂超晶格中, Si量子阱层带隙能量随着Si层厚度的变化符合E_PL(eV)=1.6+0.7/d²关系, 与我们的计算结果十分吻合. 在Si/SiN_x/SiO₂超晶格系统中, 可以通过控制各亚层厚度, 尤其是Si和SiN_x层厚度, 均能够有效地控制发光.     

GaAs/AlxGa1-xAs超晶格在周期性磁场中电子的能带结构

在有效质量理论近似下,采用磁Kronig-Penny势场,精确求解了GaAs/AlxGa1-xAs超晶格中的电子在周期性磁场中形成的能带结构.考虑不同方向上的周期性磁调制以及电调制的作用下三维电子的运动行为,发现电子不仅在z方向形成能带,而且在y方向也可以形成一些可允许的能带.同时详细讨论了电子能带结构的特点及其形成机制.     

半导体量子结构和Si基光电子材料设计的新进展

评述近年来在半导体量子结构电子态理论应用于Si基光电子材料设计方面的重要进展。着重对有直接高技术应用背景的论题进行讨论和展望。最近关于Si纳米晶光增益和纳米硅/氧超晶格材料超稳定电致发光等具有突破性发现的实验研究成果具有重要意义。对本课题组在该领域的主要贡献及最近关于Si/O超晶格结构的理论研究进展也作简要报道。这些研究正酝酿着信息领域光电子集成技术的重大突破。     

掺杂超晶格电子结构的模型研究

本文利用两种极限下的模型近似,详细描述了沿(100)、(110)和(111)方向调制生长的Si—nipi掺杂超晶格中低亚带结构和费米能级的情况。给出了(?)(-(?))》(?)和(?)(-(?))《(?)的假设(?).这类材料的电子和空穴亚带能量随掺杂浓度、掺杂层厚度及自由载流子浓度变化的普遍规律.并将两种模型下的结果进行了深入比较。     

GaAs/AlxGa1-xAs超晶格束缚态电子能级结构的理论研究

我们运用Kronig-Penney模型,研究了GaAs/AlxGa1-xAs超晶格的束缚态电子能级结构、带宽,跃迁矩随超晶格的结构参量(阱宽、垒宽和Al组分)变化关系,以及子带能量色散关系.计算结果表明:影响光跃迁频率的最大因素是阱宽,随着阱宽的增加,光跃迁频率逐渐减小;影响带宽的较大因素是垒宽,随垒宽的增大,带宽逐渐减小;超晶格结构参量对跃迁矩的影响很小;随着Al组分的增加,光跃迁频率逐渐增大;第一子能带随波矢的变化不是很明显,第二子能带随波矢变化比较明显.这些将对实验测量和器件应用有一定的参考价值和指导意义.     

层间互作用势对HgS/CdS柱状超晶格电子能带结构的影响

给出了柱状超晶格层间互作用势随径向的变化关系,用微扰法求出了考虑层间互作用情况下HgS/CdS柱状超晶格电子能带结构,讨论了层间相互作用对电子能带结构的影响.结果表明:考虑层间相互作用后HgS/CdS柱状超晶格中电子仍具有能带结构,且能带宽度随势垒宽度的减小而增大,而禁带宽度则相反.内层介质半径增大时,能带宽度将增大,而禁带宽度将减小;层间作用的存在使能带结构向上移动,而带宽稍有增大,禁带宽度稍有减小.     

掠入射荧光XAFS研究(Ge_4/Si_4)_5/Si(001)超晶格的结构

本文用掠入射荧光XAFS研究 (Ge4/Si4) 5 /Si(0 0 1 )形变超晶格的局域结构 .超晶格中的Ge Ge和Ge Si第一配位键长分别为RGe Ge =0 .2 43nm和RGe Si =0 .2 38nm ,与晶态Ge(RGe Ge =0 .2 45nm)和共价Ge Si键长RGe Si =0 .2 40nm相比 ,其配位键长缩短了 0 .0 0 2nm ,表明Ge原子周围的晶格产生了扭曲 ,Ge Ge配位数为 1 .8和Ge Si配位数为 2 .2显然偏离了理论的配位数Ge Ge为 3和Ge Si配位数为 1 .我们提出Ge和Si原子的位置交换模型来解释 (Ge4/Si4) 5 超晶格的界面结构     

（ZnS）n／（Si2）n（110）超晶格的电子结构和光学性质

用线性Ｍｕｆｆｉｎ－ｔｉｎ轨道（ＬＭＴＯ）能带计算方法对晶格匹配的超晶格系统（ＺｎＳ）ｎ／（Ｓｉ２）ｎ（１１０）（ｎ＝２～５）进行超原胞自洽计算．在此基础上，用冻结势方法计算了该超晶格系统的价带带阶；用四面体方法计算了该系统的联合态密度．结果表明，该超晶格系统的价带带阶约１．５ｅＶ．还讨论了（ＺｎＳ）ｎ／（Ｓｉ２）ｎ（１１０）超晶格系统的光学性质．     

AlGaAs/GaAs超晶格价带的自旋劈裂

对由Al_yGa_(1－y_As，Al_xGa_(1-x)As和GaAs三种材料构成的超晶格价带的自旋劈裂进行了研究．通过改变材料组分和层厚，发现当超晶格单胞对其中心点是不对称结构时，对应的自族向上和自族向下的子带产生劈裂，而且劈裂主要发生在重空穴带和轻空穴带相互作用较强的地方．     

Ge0.6Si0.4／Si应变超晶格光电探测器中的光场分析

首次对Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格光探测器中的光场分布进行了分析和研究，发现这种应变超晶格在总厚度Ｌ＝３４０ｎｍ的情况下，周期数Ｍ≥１５．５才能传输单模光波．另外，还计算了Ｇｅ０．６Ｓｉ０．４／Ｓｉ应变超晶格表面及传播一定距离后的光场分布，发现光在其中传播５００μｍ后已衰减到很小．这些结果对器件的设计具有重要的意义