半导体超晶格子带间跃迁光吸收理论研究

从理论上研究了半导体超晶格子带间跃迁的光吸收性质,以GaAs/AlxGa1-xAs超晶格为例进行数值计算,分析了该材料的吸收系数随入射光光子能量、光场强度和超晶格结构参量(阱宽,垒宽,势垒高)的变化关系·计算表明:随着入射光光子能量的变化,出现非对称的吸收峰;光强只改变吸收系数大小;超晶格结构参量会改变吸收谱的谱宽和吸收峰所对应的入射光频率·随着超晶格阱宽(垒宽)的增大,吸收谱由宽变窄,吸收峰红移;随着超晶格Al组分变大,吸收谱变窄·

Morse势阱中子带间的光吸收(英文)

研究了Morse势阱中子带间的光吸收 ,并且利用密度矩阵算符理论和迭代方法 ,推导出了线性和三阶非线性子带间的光吸收系数的解析表达式 ,然后以GaAs/AlGaAsMorse势阱为例进行数值计算。结果表明 ,线性吸收系数是正的 ,为总吸收系数作出积极的作用 ,而三阶非线性吸收为负 ,抵消了一部分线性吸收 ,进而得到总的吸收系数 ;吸收系数随着入射光强度的增大而减小 ,即出现吸收饱和现象 ;当势阱参数a增大时 ,吸收系数增大 ,即阱宽较窄时 ,系统吸收的能量较多。若要获得较大的光学吸收系数 ,就要输入较小的光场强度 ,并选择适当的势阱参数a和入射光频率。

SiGe/Si多量子阱中的光致子带间吸收研究

本文论述了硅锗量子阱中的光致子带间吸收的机理 ,并在实验中探测 Si Ge/Si量子阱价带间的红外光致吸收 .载流子由氩离子激光器作为光泵浦源产生 ,所导致的红外吸收由一个步进式傅里叶变换光谱仪来探测 .在硅锗量子阱中的光致吸收有两个来源 :类似单一掺杂的 Si Ge薄层的体吸收的自由载流子吸收 ,及量子阱价带的子带间吸收 .实验探测了 TE和TM偏振方向的吸收 .TM偏振方向的吸收是由偏离布里渊带中心的载流子的跃迁所造成的 .

Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结构中二维电子气的磁致子带间散射效应

通过在低温和强磁场下的磁输运测量研究了非故意掺杂Al0 .2 2 Ga0 .78N/GaN异质结二维电子气 ( 2DEG)的磁电阻振荡现象。观察到了磁致子带间散射 (MIS)效应。在极低温下观察到了表征两个子带被 2DEG占据的双周期舒勃尼科夫 德哈斯 (SdH)振荡。实验观察到MIS效应引起的磁电阻振荡的幅度随温度上升略有减小 ,振荡的频率为两个子带SdH振荡频率之差。随着温度的升高 ,MIS振荡成为主要的振荡。由于SdH振荡和MIS振荡对温度的依赖关系不同 ,实验观察到SdH和MIS振荡之间的调制在温度 10和 17K之间最为强烈 ,其它温度下的调制很弱。

红外子带间量子级联激光器的短波极限

从理论上探讨了红外子带间量子级联激光器向短波段发展的可能性及其根本性困难 ,用模型固体理论的基本假设、应变能带理论、非抛物性能带的经验二带模型、传播矩阵和分层逼近法 ,分析计算了以 Ga Sb为衬底的In As/Al Sb,In As/Al0 .6 Ga0 .4Sb,和以 In P为衬底的 In0 .5 3 Ga0 .4 7As/In0 .5 2 Al0 .4 8As的带阶 ,及其所组成的量子阱在加和不加电场作用下的束缚态 .发现其导带最大子带边能量差不可能超过其阱深的 56%～ 62 % ,而且受到导带间接能谷的限制而进一步减小 .设计提出了迄今发射最短波长为 2 .88μm的由 2 5个周期共 2 50个耦合量子阱组成、外加电场为 10 0 k

量子阱在沿其平面方向偏振太赫兹波驱动下子带间光吸收(英文)

利用半导体布洛赫方程,讨论了量子阱在沿其平面方向偏振的太赫兹场驱动下的光学吸收谱。研究结果揭示了半导体量子阱在沿平面方向偏振的强太赫兹场驱动下吸收谱的一些新奇效应,如主吸收的太赫兹边带、动态弗兰兹-凯尔迪什效应。太赫兹场的频率及其相位对探测场吸收谱的影响也很显著。

掺杂浓度和温度对δ掺杂的AlxGa1-xAs/GaAs双量子阱系统电子态结构和子带间光学吸收系数的影响

在有效质量近似下,通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,计算了在温度不为零时δ掺杂的AlxGa1-x As/Ga As双量子阱系统的电子态结构.研究了温度和掺杂浓度对双量子阱系统子带能级、费米能量、及子带间线性光学吸收系数的影响.研究发现,系统的本征能量随温度升高或随掺杂浓度的增大而增加;费米能量随温度升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加;子带间总的吸收系数随温度的升高而减小,随掺杂浓度的增大而增加.除子带间跃迁3->6,4->5随温度升高线性光学吸收系数增加外,其他各主要子带间跃迁随温度升高线性光学吸收系数而减小;各子带间线性光学吸收系数随掺杂浓度的增大而增加.

混相ZnO/ZnMgO多量子阱中电子子带间跃迁光吸收

考虑内建电场的作用,讨论ZnO/Zn1-xMgxO多量子阱(MQW)阱间耦合、尺寸和三元混晶效应对电子子带间跃迁光吸收的影响。利用有限差分法自洽求解导带中电子的Schrodinger方程和Poisson方程,获得MQW体系电子在基态、第一激发态、第二激发态能级和相应的波函数。采用费米黄金法则分别求出纤锌矿和闪锌矿两种结构子带间跃迁光吸收系数,并采用权重模型,拟合两种结构在0.37<x<0.62的混相区间光吸收系数。结果表明:在内建电场的作用下,量子阱数目(Nqw)、尺寸和混晶组分可有效调节MQW结构的光吸收系数,提高光电器件的光吸收效率。光吸收系数峰值随着Nqw的增加先发生红移然后蓝移,随着阱宽和组分的增加而发生蓝移。所得结果可为红外光电器件的制备和相关实验提供参考。

缓冲层对量子阱二能级系统中电子子带间跃迁光吸收的影响

由于ZnO缓冲层对纤锌矿ZnO/Mg_xZn_(1-x)O有限深单量子阱结构左垒的限制作用,导致阱和右垒的尺寸、Mg组分值等因素将影响系统中形成二能级.本文考虑内建电场、导带弯曲及材料掺杂对实际异质结势的影响,利用有限差分法数值求解Schr?dinger方程,获得电子的本征能级和波函数,探讨ZnO缓冲层对此类量子阱形成二能级系统的尺寸效应及三元混晶效应的影响;利用费米黄金法则探讨缓冲层、左垒、阱及右垒宽度和三元混晶效应对此类量子阱电子子带间跃迁光吸收的影响.计算结果显示:对于加入ZnO缓冲层的ZnO/Mg_xZn_(1-x)O有限深单量子阱二能级系统,左垒宽度临界值会随着阱宽和Mg组分值的增大而逐渐减小,随着右垒宽度和缓冲层厚度的增大而逐渐增大;量子阱中电子子带间跃迁光吸收峰会随着左垒、右垒尺寸以及Mg组分的增大发生蓝移,随着阱宽增大而发生红移.本文所得结果可为改善异质结器件的光电性能提供理论指导.

基于量子阱子带间跃迁的红外探测器研究

红外探测器广泛应用于夜视、热成像、通讯、制导、遥感控制等领域,在民用和军事上都有重要研究意义.本文从基本原理出发,介绍研究方法、实验设计思路及北京大学在本领域近年的研究进展,着重展示科研中遇到的困难及解决方法,力图以此引导研究性实验教学,为相关科研提供参考.

隧穿展宽对超晶格子带间光吸收饱和的影响

本文运用Kronig—Penney模型新形式,研究超晶格子带间光吸收的三阶非线性效应,发现不论量子阱参数(如阱宽、垒宽和垒高等)如何改变,光吸收饱和强度与隧穿谱宽之间存在着一种较普遍的关系,并阐明了这种依从关系的物理机制。

势垒区δ掺杂量子阱Ge03Si07／Si／Ge03Si07的子带间跃迁光吸收系数

采用包络函数方法对生长在Ｇｅ０３Ｓｉ０７（００１）衬底上势垒区δ掺杂量子阱Ｇｅ０３Ｓｉ０７／Ｓｉ／Ｇｅ０３Ｓｉ０７的电子能带结构及子带间光吸收特性进行了自洽的计算．对光吸收系数与量子阱的阱宽、δ掺杂位置及δ掺杂密度间的变化关系进行了讨论．

AlxGa1-x N／GaN双量子阱的结构和掺杂浓度对子带间跃迁波长和吸收系数的影响

用薛定谔方程和泊松方程自洽计算的方法研究了Al0.75Ga0.25N/GaN对称双量子阱(DQWs)中子带间跃迁(ISBT)的波长和吸收系数对中间耦合势垒高度、中间耦合势垒宽度、势阱宽度和势垒掺杂浓度的依赖关系.研究发现,第一奇序子带S1ood与第二偶序子带S2even ISBT波长随着中间耦合势垒高度的降低而变短.当中间耦合势垒高度高于0.62eV时,S1odd-S2even ISBT吸收系数随着中间耦合势垒的降低而增加.当减小AlxGa1-xN/GaN的DQWs中间耦合势垒宽度时,S1odd-S2even ISBT波长将变短,其吸收系数变大.另一方面,当对称DQWs的势阱宽度大于1.9nm时,S1odd-S2even ISBT波长随着势阱的变窄而减小,S1odd-S2even ISBT吸收系数随着势阱的变窄而增加.当势垒中的掺杂浓度小于1018/cm3时,S1odd-S2even ISBT波长基本不随掺杂浓度变化,而吸收系数随掺杂浓度的增加而增加.这些结果对于利用DQWs实现工作于光纤通信波段超快的、基于三能级或四能级系统的双色光电子器件的应用具有指导意义.

AlGaN/GaN量子阱中子带的Rashba自旋劈裂和子带间自旋轨道耦合作用研究

首先把本征值方程投影到导带的子空间中,进而得到AlGaN/GaN量子阱中第一、二子带的Rashba自旋劈裂系数(α_1,α_2)和子带自自旋-轨道耦合系数η_(12).然后自恰求解薛定谔方程和泊松方程计算了不同栅压的量子阱中的α_1,α_2和η_(12),并分别讨论了量子阱阱层、左右异质结界面和垒层对它们的贡献.结果表明可以通过栅压来调节自旋-轨道耦合系数,子带间自旋轨道耦合系数η_(12)比Rashba自旋劈裂系数α_1,α_2小,但基本在同一数量级.

基于子带谱间变换的多光谱图像压缩

针对星载多光谱图像压缩,提出了基于子带谱间变换的压缩算法。该算法首先对多光谱图像序列的每个波段分别进行空间二维小波变换,以此去除多光谱图像的空间相关性;为了去除多光谱图像的谱间相关性,将小波分解后的每一层子带作为整体,采用串行成对变换的方式对两个波段进行子带谱间KLT变换;最后,利用最优截断的嵌入式块编码算法对变换后的所有主成分同时进行最优率失真压缩。实验结果表明,该算法能够获得较好的压缩性能,同时具有较低的编码复杂度,适用于星载多光谱图像的压缩。

InGaAs／GaAs和InGaAs／AlGaAs应变层量子阱中的子带弛豫过程

利用时间分辨光谱技术，在１１～９０Ｋ温度范围研究了不同阱宽的ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ和ＩｎＧａＡｓ／ＡＩＧａＡｓ应变层量子阱子带弛豫过程，讨论了这两种量子阱材料中不同散射机制的作用．

三势垒隧穿结构中由外加垂直磁场引入的高子带非热占据

在一个特殊设计的三垒双阱异质结构中 ,注入到入射端量子阱中的电子 ,首先经过子带间弛豫填充到较低能级 ,紧接着通过共振隧穿逃逸出后面的双势垒结构 ,流入收集电极 ,完成了整个输运过程。通过比较带间光荧光谱中E2 HH1 与E1 HH1 两峰的强度 ,我们发现外加垂直磁场可以抑制子带间的LO声子和LA声子散射 ,使能量较高的子带上出现了明显的非热平衡占据。这一发现提供了一种新的控制子带间散射速率 (量子级联激光器的主要机制 )的有效方法 ,使得在量子阱子带间实现粒子数反转变得更加容易。

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano^3模拟软件计算Si／Si1-xGex／Si量子阱的能带结构，对Si／SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计，结果表明使用Ge组分为0．27～0．3，量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构，有利于优化THz Si／SiGe量子级联激光器结构。

7μmGaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器

利用GaAs(51(?))/Al_(0.36)Ga_(0.64)As(200(?))多量子阱结构实现了黑体辐射的探测,探测器的峰值波长为7μm,77K温度下D~*达到1.09×10~9cm·Hz^(1/2)·W^(-1),电压响应率为2.5×10~4V·W^(-1).

氮化物异质结电子气的二维特性和迁移率

从自洽求解薛定谔方程出发,计算了氮化物异质结中的二维电子气、退局域态和二维表面态。研究了电子气二维特性与迁移率间的关联。用电子气的二维特性和沟道电子向表面态溢出模型解释了室温和低温下迁移率随电子浓度变化的行为。以电子迁移率与异质结构间的关联为依据,提出了优化设计异质结构来增大电子迁移率和降低迁移率随电子浓度变化的新思路。