ZnO/ZnCdO和ZnO/ZnMgO超晶格的子带研究

ZnO是具有3.37 eV的宽禁带半导体材料,近年来引起了众多研究者的兴趣。Zn1-xCdxO和Zn1-xMgxO很好地实现了对ZnO能带的减小和增大。采用较为简单的一维K P势模型结合有效质量理论得到了ZnO/Zn1-xCdxO及ZnO/Zn1-xMgxO多量子阱的能量色散关系,以及子带的MeV跃迁与超晶格带阶、阱垒宽度之间的关系。将该多量子阱应用于太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区,对粒子数反转和跃迁矩阵进行了相关讨论。     

超晶格的声子态密度计算

在Recursion方法的基础上提出一种实空间计算半导体三维超晶格声子态密度的方法,并用于两元超晶格系统,取得了较理想的结果。     

一维超晶格的子能带和光跃迁

用有效质量理论讨论了无限势阱和有限势阱中一维量子阱和超晶格的子能带和光跃迁.计算了势阶宽度W_x和W_y不同比值下,无限势阱中空穴的无量纲量子能级以及有限势阱中的两组空穴子带.讨论了准—维情形(W_x《W_y)和一维情形(W_x≈W_y)下量子能级的性质和光跃迁的选择规律.     

半导体超晶格中光学声子的喇曼散射研究

报道了在室温和非共振条件下,(GaAs)_n(AlAs)_n超晶格结构的喇曼散射测量结果。在适当的散射配置下,观察到分别限制在GaAs和AlAs层中的LO和TO声子模。根据线性链模型,把喇曼散射测量到的光学声子限制模的频率按q=2πm/[α_0(n+1)]展开所得到的光学声子色散曲线,与体材料GaAs和AlAs的光学声子色散曲线符合良好。     

应变补偿BGaN/AlGaN超晶格深紫外LED空穴浓度

高Al组份AlGaN薄膜中的Mg受主活化能较大、空穴浓度较低,制约了AlGaN基深紫外发光二极管(Light-emitting diode,LED)的辐射复合效率.为了提高AlGaN的空穴浓度,构筑了BGaN/AlGaN超晶格对空穴浓度进行补偿.由于应变产生了极化电场、能带弯曲,使B0.14Ga0.86N/Al0.5Ga0.5N超晶格的空穴浓度高达5.7×1018 cm-3.与Al0.5Ga0.5N、Al0.4Ga0.6N/Al0.5Ga0.5N超晶格相比,B0.14Ga0.86N/Al0.5Ga0.5N超晶格的空穴有效质量小,而迁移率高,有利于空穴-电子在多量子阱区域辐射复合.由于能带弯曲和电子阻挡层能够有效阻止电子向p型区域扩散,导致B0.14Ga0.86N/Al0.5Ga0.5N超晶格的电子电流密度几乎为0,而空穴电流密度高达112.1 mA/cm2.另外电子阻挡层还导致B0.14Ga0.86N/Al0.5Ga0.5N超晶格结构的内量子效率、输出功率以及自发发射光谱明显高于Al0.5Ga0.5N、Al0.4Ga0.6N/Al0.5Ga0.5N超晶格.综上所述,BGaN/AlGaN超晶格产生的应变能够对空穴浓度进行补偿,且改善AlGaN基深紫外LED的发光性能.     

半导体超晶格的带间集体激发

本文用自治的线性响应理论,在类似于紧束缚近似的条件下计算了非扁平子带间的集体激发谱.结果是不仅文献[3]导出的无重叠模式有显著的修正,而且出现了两支纯由层间波函数的重叠效应引起的新模式. 本文的方法可直接用于带内激发和存在垂直磁场时磁等离子激发的研究,并为建立半导体超晶格内非扁平子带间的光吸收理论以及鞍点激子理论奠定了基础.     

超晶格

所谓超晶格是指1970年江崎玲於奈博士同R.Tsu博士一起提出的人工超晶格物质而言。它是把两种半导体物质,厚度大约按着电子的德波罗意波长,周期地重叠起来的异质结多层薄膜。这样的物质在自然界是不存在的,它要通过分子束外延(MBE)、有机金属化学汽相淀积(MO-CVD)等晶体生长技术的不断提高才能制备出来。因为这两种技术不仅能进行二维晶体生长,并能控制到单分子层量级。     

超晶格导带光学非线性响应理论

半导体多量子阱结构(MQWS)和超晶格SL是两种不同组成的材料层A和B沿z方向交替生长而成。A和B的厚度a及b各为几十个埃,因此每个超晶格周期d(=a+b)内包含d/L个。体材料的原胞的(L_2为体原胞的大小),使得晶体的一个能带分裂成d/L_2条子能带理论和实验研究都表明,这种尺寸量子效应造成的子带间的偶极矩强度可以很大,而其带宽又比较窄,这意味着超晶格子带间光跃迁可以具有很大的非线性,而且这种非线性的大小将明显依赖于材料的各项参量。     

超晶格中带电粒子的相干电磁辐射

指出了对周期介质加上周期变化的电场,可望获得时空周期变化的周期场;在这种场中运动的带电粒子表现出了人们预期的行为.对这种情况下的电磁辐射进行了讨论,并以掺杂超晶格为例进行具体分析.首先,在经典力学框架内和偶极近似下,把粒子的纵向运动方程化为广义摆方程;在小振幅近似下,把无扰动系统的摆方程进一步化为Duffing方程.用Jacobian椭圆函数和第一类椭圆积分严格地给出了粒子运动轨道和它的运动周期;讨论了粒子的辐射能量和辐射强度.结果表明,当超晶格的势阱深度为1 eV,为λp=100 nm,γ=104时,电子的辐射频率为8.85×1019,位于x-能区.     

超晶格材料

本文了与当今研究超晶格材料相关的几个重要问题。     

超晶格器件

超晶格器件(Super Lattice)不是用天然材料制作的,而是用新的人工超晶格材料作成的器件。它是一种新的功能器件。随着半导体技术的迅速发展,可高精度地制作半导体超薄膜和多层结构。1955年Schrieffer预言电子限制在这种超薄膜中可产生异常性质;1966年Fowler等人发现了在甚低温状态下工作的Si—MOS—FET中电子的驻波状态;60年代后期制成了半导体异质结;1970年江崎等人实现了厚度与电子波长相当的超晶格结构。超晶格结构的形状图示于图1。以后用异质结     

GaAs/AlAs超晶格中的TO声子限制模

本文报道在室温和非共振散射条件下,GaAs/AlAs 超晶格结构中TO声子限制模的拉曼散射测量结果.超晶格样品用MBE方法生长在<001>晶向的GaAs衬底上.在背散射条件下,具有E对称性的TO 声子是拉曼禁戒的.但是利用近布儒斯特角入射和大孔径的散射光收集透镜,我们观测到分别限制在GaAs和AlAs层中的TO声子模.其中,限制在AlAs层中的TO模是首次报道.从测量的TO声子限制模频率得到的声子色散曲线与GaAs和AlAs体材料的TO声子色散曲线进行比较,二者符合良好.进一步证明,超晶格结构的拉曼散射测量是测定晶体声子色散曲线的有效的实验方法.     

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...     

掺杂超晶格量子阱带内跃迁的量子力学描述

引入正弦平方势,把掺杂超晶格中电子的运动问题化为带有大参数的Schrodinger方程。利用WKB近似和Langer变换,找到了系统的本征值和本征函数,并计算了掺杂超晶格电子的带内跃迁。结果表明,电子在相邻能级之间的跃迁能量大约在毫电子伏量级,而相应频率位于太赫兹附近。     

超晶格半导体激光器

南卡罗来纳州立大学和桑迪亚国家实验室已用应变层超晶格制作半导体二极管激光器，其发射波 长约为1 μm。据研制人员说，超晶格方法可以提高二极管激光器设计的灵活性，可以使用与衬底非晶格匹配的化合物。虽然对黄绿波长超晶格激光器的可能性有些推测，但最可能的应用也许是几年后在1.3或1.5 μm波长的集成光路方面。     

超晶格中浅杂质能带与光吸收

超晶格BEST模式像传感器是近几年来发展的非常有潜力的红外探测器件。本文结合这种器件计算和讨论了超晶格中浅杂质能谱和光吸收,给出了:杂质能带;杂质离化能;杂质能带的带宽和能态密度;杂质基态与第一束缚子能带基态间光跃迁:量子化极限尺寸以及其它性质。这不但具有一定物理意义,并对于BEST模式红外传感器件的光吸收有一定参考价值。     

光学超晶格中红外光参量振荡器研究进展

基于光学超晶格的光参量振荡技术是研制2～5μm波段中红外相干光源的有效技术手段,在遥感探测、精密测量、环境监测、医疗诊断、科学研究和军事国防等领域具有非常重要的应用价值。总结了光学超晶格2～5μm中红外光参量振荡器的国内外研究进展,重点分析了连续波、纳秒脉冲以及皮秒脉冲等不同运转模式下光参量振荡器的结构特点、优势和发展前景。并对光学超晶格中红外光参量振荡器的发展趋势进行了展望,指出高功率、宽调谐、低功耗、小型化和轻量化是光学超晶格光参量振荡器的重要发展方向,而高质量大尺寸(厚度)的光学超晶格晶体、性能优异的泵浦源和可靠的工程化样机设计是未来光参量振荡器发展的核心技术。     

超晶格晶格振动的改进的线性链模型

本文证明了只要考虑了次近邻原子间的力相互作用,线性链模型能够统一地、定量地描述超晶格中声学模和光学模的频率和振动模式.理论结果与实验以及其它精确的理论计算符合较好.最后讨论了喇曼散射的强度.