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《含耦合双量子阱的半导体微腔的透射谱》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第19卷第5期 半 导 体 学 报 Vol.19,No.51998年5月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMay,1998含耦合双量子阱的半导体微腔的透射谱王文利 姬 扬 郑厚植(中国科学院半导体研究所 北京 100083)摘要 本文从基本的光跃迁理论出发,用半经典的线性色散模型,计算了双量子阱耦合情况下-2-1微腔透射谱.计算结果表明,当吸收系数取2×10nm时,在微腔的透射谱上能看到三个很高的透射峰,并且峰的线宽要窄于冷腔透射峰的线宽.这是由于耦合激子态与微腔光场的强耦合相互作用引起的.
2、PACC:4250,7135,71361 引言随着分子束外延(MBE)和金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)等微结构生长技术的发展,人们可以制备出尺寸可以和电子的费米波相比拟的半导体低微结构,它们和大块材料的光学性质相比已表现出很大的不同.进一步用微腔来选择光电磁场模,实现电子体系与微腔的强耦合相互作用,从而导致了半导体微腔物理的出现和发展.早在原子物理中人们把受激原子放到腔长只有毫米量级的金属平板谐振腔中,研究原子与腔内真空电磁场之间的强耦合相互作用,揭示出一系列重要的新现象:例如微腔对受激原子自发辐射的抑制或增强,原[1]子与微腔中光场耦合的Rabi分
3、裂$R和振荡等等.在1992年Weisbuch首先在半导体平面微腔中观察了光和激子耦合相互作用引起的Rabi分裂,证实Rabi分裂的大小取决于激[2]子与微腔光场的耦合强度.并且用Zhu提出的半经典线性色散模型解释了实验结果.在讨论分离量子阱与微腔光场强耦合相互作用的基础上,我们进一步研究耦合双量子阱与微腔的相互作用.一方面双量子阱中阱间电子态的耦合将导致对称与反对称态劈裂($SAS=EAS-ES),随着$SAS与Rabi分裂$R相对大小的变化,可以预计腔量子电动现象将表现出新的特性.另一方面,利用电场作用下的空间间接激子是探索在微腔中实现激子玻色凝聚可能
4、性的一种重要实验方案.因此,在本篇文章中,我们将从最基本的光跃迁理论出发,来计算耦合双量子阱情况下微腔的透射谱,并且给出计算结果的物理含义.2 耦合双阱下微腔透射谱的计算为了计算微腔的透射谱,我们用了Zhu提出的半经典的线性色散模型,即微腔可认为王文利 女,1969年出生,博士后,当前从事专业:半导体微腔物理姬 扬 男,1971年出生,博士,当前从事专业:半导体低维物理郑厚植 男,1942年出生,研究员,中国科学院院士1997210228收到,1997212217定稿386 半 导 体 学 报 19卷是一个简单的Fabry2Pe
5、rot腔,而激子吸收对微腔的影响将看作是对微腔介质折射率的影响,这时微腔的透射系数可写为:2-al(t1t2)eT=-Al2-Al2(1)(1-r1r2e)+4r1r2esin(Dö2)D=4PL(M-M0)öc+4P(n-n0)lMöc(2)这里 t1、t2是前、后DBR的透射系数;r1、r2是前、后DBR的反射系数;c是光速;L是腔长;l是量子阱的宽度;A是激子跃迁的吸收系数;M是光的频率;M0是腔的谐振频率;n0、n分别是考虑激子吸收前、后腔介质的折射率.在耦合双阱的情况下,单量子阱的电子和空穴基态将[3]分裂成对称态和反对称态,利用光跃迁基本理论和
6、量子阱中激子跃迁的基本公式,可以得到耦合双量子阱情况下激子跃迁的吸收系数和微腔介质的折射率:M022A=A0{û〈V1eûV1h〉ûD(hM1-hM)+û〈V2eûV2h〉ûD(hM2-hM)}(3)M2ejt222A0=2û〈uhûE×pûue〉ûû〈VeûVh〉ûûB(0)û(4)n0cmM0c(M-M1)DHM0(M-M2)DHM0n=n0-A0[22×+22×](5)2PM4(M-M1)+DHM14(M-M2)+DHM2这里 V1e,V2e分别是电子基态和激发态在z方向上的波函数;V1h,V2h是空穴基态和激发态在2z方向上的波函数;Ve,Vh是单
7、阱中电子和空穴基态在z方向上的波函数;û〈VeûVh〉û≈1;ue,uh分别是电子和空穴在量子阱平面方向(x,y)上的Bloch波函数;B(r)是激子的包络波函数;M1是电子基态到空穴基态的跃迁能量,M2是电子激发态到空穴激发态的跃迁能量.DH=2meV取作激子的线宽.3 计算结果和讨论我们利用(1)～(5)式,计算了一个具体的微腔的透射系数.腔体是由L=K(K是光波波长)长的AlGaAs构成.腔体两端的反射镜是由Kö4的AlAsöAlGaAs堆组成.这类反射镜称为Bragg反射器(DBR).微腔顶部DBR由24个周期的AlAsöAl2GaAs组成,底部有
8、33个周期,微腔中含有一个或几个GaAs耦合量子阱.通过计算表明,
