激光对闪锌矿氮化物量子阱中激子态和光学性质的影响

摘要

近年来，Ⅲ族氮化物及其合金由于独特的物理性质和在光电子器件中的显著应用而引起人们的广泛关注。其中一个十分重要的课题就是GaN基氮化物及其异质结构中的激子态和光学性质的研究。本文在有效质量近似理论的框架下，采用变分法研究了激光场、静水压力及外加电场对闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中的激子态和光学性质的影响。
　　 本文首先计算了激光场对闪锌矿GaN/AlGaN单量子阱中的激子态和光学性质的影响。结果表明在闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中，基态激子结合能，带间光跃迁能量，阵子强度和基态光吸收系数都高度依赖于量子阱的宽度和激光场的强度。在量子阱中，对于任意大小的阱宽，外加激光场可以降低激子结合能和振子强度的大小，然而，却增加光跃迁能量值。此外，随着激光场的增加，光吸收峰的能量位置有明显的蓝移现象。特别是对于阱宽较小的情况，基态激子束缚能和光学性质明显受到激光场的影响。
　　 其次，本文计算了在GaAs/AlGaAs量子阱中，激光场和静水压力对光学性质影响的竞争效应。数值计算结果表明，在GaAs/AlGaAs量子阱中，对于任意强度的激光场，静水压力都导致基态激子结合能和带间光跃迁能有明显的增加。此外，在任何静水压力的情况下，外加激光场可以减小基态激子结台能却增加带间光跃迁能。特别是，对于大的量子阱宽度和激光场强度，静水压力对基态激子结合能和带间光跃迁能均有明显的影响。然而对于阱宽较小和静水压力作用较大时，激光场对基态激子束缚能和光学性质的作用效果明显。
　　 最后，计算了在闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中，激光场和电场对激子态和光学性质的影响。我们的计算结果表明，当不考虑外加电场或者外加电场值很小的时候，激光场对激子束缚能和阵子强度有减小的作用:而当外加电场值较大时，激子束缚能和阵子强度在激光场变化的范围内有一个最大值。另外，激光场增加带间光跃迁能，而电场却减小其值。此外，在GaN/AlGaN量子阱中，当外加激光场的值增加时，线性光吸收系数虚部的峰值所对应的光子能量位置移向更高的能量位置:而外加电场的作用却使其峰值位置移向更低的能量位置。
　　 总之，本文在有效质量近似的理论框架下，运用变分法分别探究了激光场、激光场和静水压力的竞争作用以及激光场和外加电场的竞争作用对基态激子束缚能、带间光跃迁能、阵子强度和线性光吸收系数的影响。结果表明这些值对量子阱的结构参数、激光场的强度和外加静水压力以及外加电场有很强的依赖作用。希望我们的计算结果能促进Ⅲ族氮化物和相关的纳米材料物理学以及与半导体材料相关的应用设备的研究。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 Ⅲ族氮化物半导体材料的性质

1．1．1 晶体结构

1．1．2 异质结

1．2 量子阱

1．2．1 量子阱的概念

1．2．2 GaN/AlGaN量子阱

1．3 量子阱中的激子理论

1．3．1 激子的概念

1．3．2 量子阱中的激子态

第二章 闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中激子态和光学性质的激光场效应

2．1 研究背景

2．2 理论模型

2．3 计算结果分析与讨论

2．4 小结

第三章 静水压力和激光场对GaAs/AlGaAs量子阱中激子态的光学性质的竞争效应

3．1 研究背景

3．2 理论模型

3．3 计算结果分析与讨论

3．4 小结

第四章 闪锌矿GaN/AlGaN量子阱中激子态和光学性质的激光场和电场的竞争效应

4．1 研究背景

4．2 理论模型

4．3 计算结果分析与讨论

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

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