InAs/GaAs量子点体系中载流子可控输运研究

摘要

低维半导体材料制备和性质研究，是目前新型半导体功能材料与器件领域前沿课题之一，也是国际上研究热点和重点。隧穿注入量子点结构具有非常诱人的器件应用前景，不论在实验上还是理论上都受到人们普遍关注。本文就InAs/GaAs量子点体系建立理论模型，利用矩阵传递法求解含时薛定谔方程，研究AlxGa1-x As-GaAs-AlxGa1-xAs双势垒单势阱结构隧穿特性，包括其透射特性，隧穿时间、均匀电磁场作用下隧穿特性、J-V特性及InAs/GaAs量子点体系动力学过程等，通过理论计算及结果分析，取得主要研究成果如下：
　　 （一）结构对称性是影响隧穿结构透射特性的重要因素；双势垒抛物势阱结构的改变受透射率影响更加灵敏，且抛物阱结构的不同能级透射峰间距大于方势阱结构的对应间距。
　　 （二）磁场对抛物阱透射特性影响的研究中发现，随磁场增加，共振峰向高能方向移动，说明磁场使阱内束缚能级提高。同时就回旋中心在入射垒边、阱中心和出射垒边三种情况，利用Easki模型计算隧穿电流，研究得知，回旋中心在阱中心位置体现平均效果，更能代表实验情况。磁场将阻碍电子隧穿，使电流峰值下降且向高偏压位置移动，这些理论结果与实验一致。
　　 （三）电子波包隧穿双势垒单量子阱结构动力过程研究中，发现抛物量子阱结构隧穿寿命大于方阱结构，分析认为，这是由于抛物阱结构较方阱结构有更强量子限域效应所致。
　　 （四）扩散注入自组织量子点结构中，温度达到一定值，量子点光致发光谱积分强度和峰值强度发生热淬灭：温度低于一定值（<100K），光致发光光谱半高宽（FWHM）随温度升高减小；达到最小值后，随温度进一步升高，谱线半高宽逐渐增大，最后基本恢复低温下的值，并伴随载流子在不同能量量子点间转移；隧穿量子点结构中，温度一定，隧穿几率增加，量子点光荧光积分强度线性增加，半高宽减小，且隧穿几率越大，半高宽稳定性越好；隧穿几率为1时，温度对半高宽影响很小；较高温度下，量子阱中载流子能级不能与量子点光荧光峰值同步变化，低温下，峰值漂移和能级误差相对较小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

第一节 引言

第二节 低维半导体结构中电子态

第三节 低维半导体结构制备

1.3.1 失配晶格内应力

1.3.2 异质外延生长模式

1.3.3 自组织量子点制备

第四节 低维半导体材料与器件研究进展

1.4.1 量子阱结构器件

1.4.2 量子点结构器件

1.4.3 隧穿注入半导体激光器研究现状

第五节 论文研究内容安排

第二章 理论基础

第一节 一维定态薛定谔方程

2.1.1 传递矩阵法解一维定态薛定谔方程

2.1.2 Runge-Kutta法

第二节 理论模型

2.2.1 双势垒单方势阱隧穿结构模型

2.2.2 双势垒单抛物势阱隧穿结构模型

第三章 双势垒单势阱结构透射特性研究

第一节 双势垒单方势阱结构透射特性研究

3.1.1 势垒宽度对透射特性影响

3.1.2 势阱宽度对透射特性影响

3.1.3 势垒高度对透射特性影响

3.1.4 势阱高度对透射特性影响

3.1.5 平行方向动量对透射特性影响

第二节 双势垒单抛物势阱结构透射特性研究

3.2.1 势垒宽度对透射特性影响

3.2.2 势阱宽度对透射特性影响

3.2.3 势垒高度对透射特性影响

3.2.4 势阱高度对透射特性影响

3.2.5 平行方向动量对透射特性影响

第三节 总结

第四章 电子在双势垒单势阱结构中隧穿时间研究

第一节 电子在双势垒单方势阱结构中隧穿时间研究

4.1.1 势垒宽度对隧穿时间影响

4.1.2 势阱宽度对隧穿时间影响

4.1.3 势垒高度对隧穿时间影响

4.1.4 势阱高度对隧穿时间影响

4.1.5 小结

第二节 电子在双势垒单抛物阱结构中隧穿时间研究

4.2.1 势垒宽度对隧穿时间影响

4.2.2 势阱宽度对隧穿时间影响

4.2.3 势垒高度对隧穿时间影响

4.2.4 势阱高度对隧穿时间影响

4.2.5 小结

第三节 总结

第五章 均匀电磁场中双势垒单势阱结构隧穿特性研究

第一节 均匀电磁场作用下双势垒单方势阱结构隧穿特性研究

5.1.1 均匀电磁场作用下双势垒单方势阱结构透射特性研究

5.1.2 均匀电磁场作用下双势垒单方势阱结构J-V特性研究

第二节 均匀电磁场作用下双势垒单抛物势阱结构隧穿特性研究

5.2.1 均匀电磁场作用下双势垒单抛物势阱结构透射特性研究

5.2.2 均匀电磁场作用下双势垒单抛物势阱结构J-V特性研究

第三节 总结

第六章 InAs/GaAs量子点体系载流子动力学理论研究

第一节 InAs/GaAs普通量子点体系载流子动力学理论研究

6.1.1 InAs/GaAs普通量子点体系载流子动力学理论模拟

6.1.2 InAs/GaAs普通量子点体系载流子动力学理论分析

6.1.3 小结

第二节 InAs/GaAs隧穿量子点体系载流子动力学理论研究

6.2.1 InAs/GaAs隧穿量子点体系载流子动力学理论模拟

6.2.2 InAs/GaAs隧穿量子点体系载流子动力学理论分析

6.2.3 小结

第七章 总结和展望

第一节 总结

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果