InGaAsP/InP低维半导体结构中激子态的研究

摘要

低维半导体材料在新型半导体器件开发上具有广阔的应用前景，近年来一直是半导体科学技术领域的研究热点。从理论上研究低维半导体材料的电子态对新型半导体器件设计具有重要的理论价值和指导意义。InP衬底上的InGaAsP/InP异质结构是制作光电器件和微波器件非常适合的材料，其良好的特性使得关于InGaAsP/InP材料各类发光器件的理论和实验研究大大增多。
　　本文在有效质量包络函数近似下采用变分法对InGaAsP/InP低维半导体材料内的激子结合能进行了研究，主要内容如下：
　　1.系统地阐述了低维半导体材料的基本概念及其主要应用，并且对激子的概念进行了整体的描述。
　　2.简单地介绍了低维半导体结构中电子态的理论研究方法，重点介绍了计算激子结合能的理论模型。
　　3.在有效质量包络函数近似下，利用变分法对InGaAsP/InP单量子阱内的激子结合能进行了研究。发现激子结合能是阱宽的一个非单调函数，它随着阱宽的减小而增大，达到一个峰值后，随着阱宽的减小而减小。分析了结合能随材料组分的变化情况，并且讨论了外电场对结合能的影响。
　　4.研究了外电场对InGaAsP/InP圆截面量子线内激子结合能的影响。结果发现量子线半径、材料组分以及外加电场对激子结合能都有比较明显的影响。组分的变化会影响材料的带隙，进而影响激子的结合能。在一定范围内电场的存在对激子结合能的影响很小，但电场强度较大时会破坏激子效应。
　　5.讨论了有无外电场作用下单个InGaAsP/InP球形量子点内的激子结合能。结果表明量子点尺寸、材料组分以及外加电场对激子结合能存在较明显的影响，并且还讨论了斯塔克能移随量子点半径以及外加电场的变化关系。结果表明：激子结合能是量子点半径的一个非单调函数；随着In组分和P组分增大，激子结合能相应减小。电场对激子结合能的影响不是很大，但是电场强度较大时激子结合能会变得很小。当量子点半径较大时，增大电场会加强激子的斯塔克能移。

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第一章 绪论

§1 .1低维半导体材料

§1 .2低维半导体材料的应用

§1 .3激子

§1 .4本论文的主要工作

第二章 理论模型

§2 .1有效质量包络函数近似

§2 .2打靶法

§2 .3变分法

§2 .4激子结合能

§2 .5本章小结

第三章 量子阱结构中激子结合能的研究

§3 .1引言

§3 .2理论计算

§3 .3计算结果与讨论

§3 .4结论

第四章 量子线结构中激子结合能的研究

§4 .1引言

§4 .2理论计算

§4 .3计算结果与讨论

§4 .4结论

第五章 量子点结构中激子结合能的研究

§5 .1引言

§5 .2理论计算

§5 .3计算结果与讨论

§5 .4结论

参考文献

在校期间的研究成果及发表的学术论文

致谢