半导体纳米线和二类超晶格的电子结构和光学性质研究

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1、密级：——中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文2013年05月ofSemiconductorNanowireandByXiao-·LiLangADissertationSubmittedtoTheUniversityChineseAcademySciencesInpartialfulfillmenttherequirementForthedegreeDoctorScienceInstituteSemiconductorsMay,2013吣4删—●㈣3眦1呲3㈣4帆2

2、呲Y关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院半导体所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院半导体所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院半导体所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人

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4、红外探测器，需要增加各层的宽度，但这会导致光吸收效率的降低。这就需要在带隙和光吸收系数之间作出平衡和优化。所以，从理论上计算二类超晶格的电子结构和光学性质是非常有意义的。在半导体的能带计算方面，有效质量方法是一个简单而有效的方法。但是，当我们用有效质量方法计算InAs／GaSb超晶格的能带时，得到的带隙比实验结果都要大，对于短周期超晶格尤其如此。在本文中，作者认为这来源于超晶格界面对称性的下降。InAs牙IGaSb都是闪锌矿晶体，有乃对称性，而在InAs干IGaSb的界面上有Q，，对称性。所以界面上的哈密顿量形式与InAs和G

5、aSb的内部的哈密顿量形式是不同的。传统的有效质量方法没有考虑这种不同。在本文的计算中考虑了这种不同，加入了界面势并得到了以下结果：1．计算了一系列InAs／GaSb超晶格样品的带隙，理论值与实验值符合的非常好。这充分说明了界面势的重要性。2．进一步计算得到的样品10MLs／10MLs(ML指单层)的光学吸收系数与实验符合的也很好。3．计算了一系列InAs／GaSb超晶格样品的吸收系数，发现InAs幂IGaSb的宽度对吸收系数都有影响，宽度越大，吸收系数越小。相比较而言，InAs的宽度对超晶格的吸收系数的影响更大。InAs／G

6、aSb／AlSb／GaSb超晶格也是二类超晶格，通常被称为M结构。和InAs／GaSb超品格相比，M结构只是在GaSb层中加了一层A1Sb，A1Sb既是电子的势垒也是空穴的势垒。由于A1Sb把空穴波函数挤向GaSb的两边，电子空穴波函数的重合度可能会增加，所以，禾IInAs／GaSb超晶格相比较，M结构的吸收系数可能会有很大的增加。在本文中，同样运用加界面势的有效质量方法，计半导体纳米线和二类超晶格的电子结构和光学性质研究算了InAs／Gasb／Alsb／GaSb的电子结构和光学性质，并幂rllnAs／GaSb超晶格作了比较，

7、得到以下结论：1．M结构有更大的电子有效质量。2．InAs／GaSb超晶格的价带顶可调范围很小，而M结构的价带项有大得多的可调范围。3．M结构的光学吸收系数没有明显的提高。虽然在吸收系数上没有明显改善，但是M结构可以用在P一7r—M—n异质结中来减dqnAs／GaSb超晶格探测器的暗电流。如果选择适当的M结构，并且把它适当掺杂，探测器的量子效率将和偏压无关。这篇论文还计算了Zn0纳米线的带隙，发现当纳米线弯曲时，其带隙变小，结果与实验符合的很好。关键词：ZnO纳米线，二类超晶格．电子结构，光学吸收系数，界面势AbstractI

8、ntype—IIsuperlattice，electronsandholesareconfinedinthedifferentsemi—conductors．InAs／GaSbsuperlatticeisatypicaltype—IIsuperlattice．Recently