量子点的组分分布和电子结构计算

摘要

半导体量子点材料在纳米电子学、光电子学中具有广泛的应用前景。研究量子点的组分分布和电子结构情况对指导光电器件的生产和制备具有重要意义。本文采用有限元和有效质量近似方法研究了量子点的组分分布情况及量子点的大小、生长方向等因素对量子点的电子结构的影响情况。主要内容包括：
　　 ⑴研究了量子点大小对类氢掺杂量子点电子结构和结合能的影响。采用有限元方法，利用有效质量近似薛定谔方程计算了类氢掺杂半椭球形量子点的电子结构和结合能随量子点大小的变化趋势。研究结果表明杂质能级随量子点体积的增大呈下降趋势。研究结果有利于选择合适的量子点来制备器件。
　　 ⑵分析了InGaAs/GaAs量子点平衡组分分布情况。采用有限元方法和二次规划优化方法，计算了InGaAs/GaAs量子点的平衡组分分布，比较了陡峭量子点和平缓量子点平衡组分分布的不同，讨论了熵对量子点组分的影响；对单量子点和量子点阵列平衡组分分布的区别进行了比较。研究结果表明量子点越陡峭，其组分越是趋于分离；温度越高，量子点的组分越是趋于混合；与单量子点相比，量子点阵列中的组分分布更趋于混合。研究结果对预测量子点的材料特性有重要意义。
　　 ⑶比较了沿（111）和（011）方向生长的量子点的电子结构。采用有限元方法，通过求解考虑了应变和压电效应的薛定谔方程，得到沿（111）和（011）方向生长的量子点的电子结构。研究结果表明量子点的电子结构和压电势分布与量子点的形状和生长方向密切相关。研究结果对量子点材料的生长和器件的制备有重要指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究的背景、目的和进展

1.1.1 半导体量子点材料的发展

1.1.2 量子点器件的应用情况

1.2 本论文的结构安排

参考文献：

第二章 半导体量子点基本理论及生长制备介绍

2.1 量子点的量子效应

2.1.1 量子尺寸(约束)效应

2.1.2 量子限域效应

2.1.3 宏观量子隧道效应

2.1.4 表面效应

2.2 量子点的制备方法和自组织量子点

2.2.1 量子点的制备方法

2.2.2 自组织量子点

2.2.3 S—K生长模式

2.3 量子点电子结构的计算理论

2.3.1 量子点的电子状态和能带结构

2.3.2 计算半导体量子点电子结构的理论方法

2.4 本章总结

参考文献

第三章 量子点大小及浸润层厚度对量子点电子结构的影响

3.1 半导体杂质能级

3.1.1 施主杂质

3.1.2 Ⅲ—V族化合物中的杂质

3.2 量子限制Stark效应

3.3.量子点大小对类氢掺杂量子点电子结构和结合能的影响

3.3.1 计算模型

3.3.2 计算结果及分析

3.4.浸润层厚度对量子点应变分布的影响

3.5 本章总结

参考文献

第四章 InGaAs/GaAs量子点平衡组分分析

4.1 有限元及二次规划优化方法

4.1.1 有限元方法

4.1.2 有限元软件简述

4.1.3 二次规划方法

4.2 数值计算及结论

4.3 本章总结

参考文献

第五章 沿(111)和(011)方向生长的量子点的电子结构

5.1 引言

5.2 应变和压电分布计算

5.3 沿(111)和(011)方向生长的量子点的电子结构比较

5.4 本章总结

参考文献

第六章 后续工作及展望

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文