四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In) Sb Ⅱ类超晶格材料的能带结构.同时,计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量,以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算,并与实验结果进行比较,超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化,带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料,非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.     

四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In)Sb II类超晶格材料的能带结构.同时, 计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量, 以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算, 并与实验结果进行比较, 超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化, 带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料, 非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.     

GGA U方法研究应变对纤锌矿ZnO能带结构的影响

基于第一性原理密度泛函理论和GGA U方法,以Zn1-xMgxO衬底的应变为例,计算了应变ZnO体材料的能带结构。同时研究了应力对ZnO材料的禁带宽度、价带分裂能以及电子和空穴有效质量的影响。研究结果表明,Mg组分不大于0.3时,ZnO/Znl-xMgxO材料禁带宽度随应力增大而增大,该结论与实验研究结果相符合。沿[00k] 和[k00]晶向,导带电子有效质量随应力增加而稍有增大,“场致分裂带”空穴有效质量随应力增大明显减小,而“轻空穴带”和“重空穴带”空穴有效质量几乎不随应力改变而变化。     

In_xGa_(1-x)As/GaAs应变超晶格的电子结构

用有效质量理论研究了[001]和[111]方向生长的In_xGa_(1-x)As/GaAs应变超晶格的电子结构.具体计算了价带能级的色散曲线和光吸收曲线.沿[001]方向生长的光吸收曲线与实验进行了比较.内应变使重轻空穴能级发生上升和下降.由于压电效应,[111]方向生长的超晶格应变层内存在很强的内电场(1.5×10~5V/cm),而对[001]方向生长的应变超晶格不产生内电场.     

Si/GaAs异质结界面态及其价带不连续性

本文报道用自洽EHT方法研究Si/GaAs异质结界面态分布和价带不连续性。用准共度晶格模型处理晶格失配问题,并对晶格常数作了修正。通过对Si/GaAs(111)、Si/GaAs(111)和Si/GaAs(110)异质结中Si应变和GaAs应变的情况,分别进行计算,得到界面态分布和价带不连续值等物理量,结果表明:它们不仅依赖于组成异质结的两种材料的体性质,而且还依赖于界面晶向和材料应变。文中给出了这些计算结果,并作了初步的讨论。     

InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格能带结构研究

本文通过k·p方法研究了传统InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格的能带结构。首先,计算了不同周期厚度的InAs/GaSb超晶格的能带结构,得到用于长波超晶格探测器吸收层的周期结构。然后,计算了用于超晶格长波探测器结构的M结构超晶格的能带结构,并给出长波InAs/GaSb超晶格与M结构超晶格之间的带阶。最后,基于能带结构,计算出长波超晶格与M结构超晶格的态密度,进而得出的载流子浓度（掺杂浓度）与费米能级的关系。这些材料参数可以为超晶格探测器结构设计提供基础。     

应变层超晶格GaN-AlN的电子结构

采用有效质量理论６带模型,计算了应变层超晶格ＧａＮ ＡｌＮ（００１）的电子结构,具体计算不同应变状态的价带子能带色散曲线、光吸收曲线。分析了应变状态以及重轻空穴和自旋轨道分裂带相互作用对子带结构的影响。     

AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱增益特性研究

采用Shu Lien Chuang方法计算了AlInGaAs/AlGaAs应变引起价带中重、轻空穴能量变化曲线,在Harrison模型的基础上详细地计算了AlInGaAs/AlGaAs和GaAs/AlGaAs量子阱电子、空穴子能级分布并且进一步研究了这两种材料在不同注入条件下的线性光增益.进一步计算比较可以得出AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱光增益特性要优于GaAs/AlGaAs非应变量子阱增益特性,因此AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱半导体材料应用于半导体激光器比传统GaAs/AlGaAs材料更具优势.     

GexSi1—x／Si应变层超晶格光伏特性研究

采用电容耦合法测量了Ge_xSi_(1-x)/Si应变层超晶格在不同温度下的光伏特性.在Ⅱ型能带排列的样品中观测到价带-导带子带和价带子带-导带光跃迁的4个峰.对所有样品测得的光伏截止波长都比理论预期值小.还对光电压随温度的变化作了初步解释.     

第一性原理研究应变Si/(001)Si_(1-X)Ge_X能带结构

应变SiCMOS技术是当前研究发展的重点,其材料的能带结构是研究设计高速/高性能器件和电路的理论基础。基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(001)Si1-XGeX(X=0.1～0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:应变消除了价带带边和导带带边的简并度;应变几乎没有改变电子有效质量,而沿[100]方向空穴有效质量随着Ge组份的增加而显著变小;导带劈裂能、价带劈裂能、禁带宽度与Ge组份X的拟合结果都是线性函数关系。以上结论为Si基应变MOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

应变Si(100)态密度模型

应变Si技术是当前微电子领域研究发展的热点和重点,态密度是其材料的重要物理参量。基于应变Si/(100)Si1-xGex能带结构和载流子有效质量模型,获得了导带底电子和价带顶空穴态密度有效质量,并在此基础上建立了其导带底和价带顶附近态密度模型。该模型数据量化,可为应变Si/(100)Si1-xGex材料物理的理解及其他物理参量模型的建立奠定重要的理论基础。     

电场下超晶格GaAs/Ga_(1-x)Al_xAs[111]的电子结构

用有效质量理论研究了GaAs/Ga_(1-x) Al_xAs[111]超晶格在外加电场下的电子结构.具体计算了超晶格的子能带色散关系曲线,子能级随外加电场的变化,并且计算了k_u=0的光跃迁矩阵元平方随电场的变化.与零电场情况相比,发现在k_u≠0处子能带的二重简并解除.随电场的增大,△n=0的跃迁减小,而△n≠0的跃迁增大.考虑单轴压力效应后,轻空穴和重空穴的能级位置发生下降和上升.     

光抽运垂直外腔面发射激光器的增益特性数值模拟

为了深入研究光抽运垂直外腔面发射激光器的增益特性,以InGaAs/GaAs应变量子阱系统为例,建立了将带隙、带边不连续性计算和带结构计算系统结合起来的完整体系,考虑在应变影响下能带及波函数的混合效应。利用有限差分法对含6×6 Luttinger-Kohn哈密顿量的有效质量方程精确求解,得到了InGaAs/GaAs应变量子阱导带、价带的能带结构和包络函数,然后选用Lorentzian线形函数,数值模拟了量子阱的材料增益谱和自发辐射谱。最后讨论了阱宽、载流子浓度、温度等因素对量子阱材料增益的影响,为光抽运垂直外腔面发射激光器的优化设计提供了理论依据。     

半导体超晶格和多层膜应变的CBED测定

AB交替生长的半导体超晶格和多层膜,由于A晶格与B晶格失配,产生了应变。应变改变了晶体的能带结构,从而为应变超晶格和多层膜的应用开辟了新的途径。超晶格和多层膜应变的测定通常是使用X射线衍射,最近我们用会聚束电子衍射(CBED)测定了InGaAs/GaAs和GeSi/Si超晶格的应变~(1,2),所得数据的准确性可与X射线数据相比。在超晶格的研究中,首先在实验中实现运动学衍射,然后用电子衍射运动学理论来解释所得超晶格的CBED摇摆曲线。进一步研究表明,多层膜的情况不一样,只有在动力学衍射的情况下,才能提供足够的信息。以下我们报导InGaAs/GaAs超晶格及多层膜应变的CBED研究。     

Ⅱ类超晶格甚长波红外探测器的发展

由Ⅲ-Ⅴ族半导体材料InAs/GaSb或InAs/Ga1-xInxSb构成的Ⅱ类超晶格(T2SL)光电探测器近年来在理论结构设计及试验器件实现方面进展显著.带隙工程和能带结构工程使得T2SL比碲镉汞材料具有某些优势,特别是很小的窄带隙方面.这些特有的性质,例如较大的有效电子质量、重空穴带和轻空穴带之间的较大间距可以抑制...     

2～3μmGaAs基InAs/GaSb超晶格材料

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10 K光荧光谱峰值波长在2～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.InAs/GaSb超晶格材料的成功生长是制备这类红外探测器件重要的第一步.     

Inx—Ga1—xAs／GaAs应变量子阱光学性质

研究了用分子束外延方法生长在GaAs(100)衬底上的In_xGa_(1-x)As/GaAs(x=0.1)应变多量子阱样品,观察了其光荧光谱和光调制反射谱的光谱结构,讨论了有关基态光跃迁和激发态光跃迁性质.根据实验结果给出了能带偏移比值为Q_c=0.69(Q_v=1-Q_c=0.31),并提出有关轻空穴束缚于GaAs层而形成Ⅱ类超晶格的重要佐证.     

应变层多量子阱InGaAs—GaAs的光电流谱研究

在10—300K温度范围,用光电流谱方法研究了未掺杂的x为0.1、0.15和0.2,InGaAs层厚度为8和15nm的In_xGa_(1-x)As—GaAs应变层多量子阱的能带结构。在1.240—1.550eV光子能量范围,除11H、11L和22H激子跃迁以及GaAs的基本带间跃迁外,还观察到束缚子带到连续带的跃迁。对样品In_(0.15)Ga_(0.85)As(8nm)-GaAs(15nm),观察到11H重空穴激子的2s及其它激发态跃迁,由此得到激子结合能的近似值,约为8meV。重空穴能带台阶Q_v=0.40±0.02。应变效应使得电子和重空穴束缚在InGaAs层,而轻空穴束缚在GaAs层。     

ZnTe—ZnS应变超晶格的光学性质

研究了常压MOCVD方法生长在GaAs(100)衬底上的ZnTe-ZnS应变超晶格光学性质。在77K温度下观测到了与载流子有关的带间跃迁复合。随着激发密度增加,高能子能带上的载流子参与发光过程增强。通过Kroing-Penney模型计算了ZnTe-ZnS应变超晶格的能带结构,并拟合实验结果解释了发光的起因。     

P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器的能带设计

提出P型张应变Si/SiGe量子阱红外探测器(QWIP)结构,应用k·P方法计算应变Si/SiGe量子阱价带能带结构和应变SiGe合金空穴有效质量.结果表明量子阱中引入张应变使轻重空穴反转,基态为有效质量较小的轻空穴态,因此P型张应变Si/SiGe QWIP与n型QWIP相比具有更低的暗电流;而与P型压应变或无应变QWIP相比光吸收和载流子输运特性具有较好改善.在此基础上讨论了束缚态到准束缚态子带跃迁型张应变p-Si/SiGe QWIP的优化设计.