零维半导体材料的电子结构研究

《零维半导体材料的电子结构研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要．结构研究空间方向上均为运动受限的零维着很大的差别，这使得基于量子j点和量子环的光电子器件，在近几十年来成为人们持续关注的焦点。关于零维量子点和量子环的研究，始终是凝聚态物理和光电子领域的前沿课题。本论文依托课题组承担的国家高技术研究发展计划(批准号：2009AA032405)、国家自然科学基金(批准号：60644004)、国家自然科学基金(批准号：60908028)和国家自然科学基金(批准号：60971068)，紧密围绕量子点和量子环的电子结构这一问题展开，对不同形状、不同材料的量子点和量子环的电子结构进行了理论计算，取得的主要成果如下：1．在零维

2、半导体材料的多带后夕微扰理论的平面波展开法框架内，应用傅立叶变换方法计算哈密顿量矩阵元；说明了其可以克服传统的解析积分求解矩阵元，会受到量子点或量子环几何结构的限制这一缺点；并且给出了傅立叶变换计．’：磕算矩阵元的详细推导过程。人2．对于IIAs／G啦s量子环，分别应用解析积分和傅立叶变换计算求解了四带}露，哈密顿量矩阵元，由此计算了价带的空穴能级随量子环的内半径、外半径、宽度、高度等几何尺寸的变化。解析积分和傅立叶变换得到的结果符合得很好，I从而证明了后者在处理后矽哈密顿量矩阵元时的正确性。另外，通过采用四带、六带和八带露≯理论对InAs／GaAs量子

3、环的价带结构进行分析，得到了自旋一轨北京邮电大学博士论文摘要道耦合和导带对空穴能级的显著影响。本部分结果对于研究InAs／GaAs量子环的光电子器件的带间跃迁具有指导意义。3．对于不规则形状的新型零维结构：GaAs／AIGaAs同心双量子环，采用傅立叶变换方法分析了电子的能级与量子环演化过程的关系。结果表明，从GaAs单量子环到双量子环的演化过程中，电子能级的变化并不呈现出单调性。此外，如果在垂直于双量子环平面的方向上引入均匀磁场，则电子基态能级在磁场下的移动比空穴基态能级更为明显。这对研究GaAs／A1GaAs同心双量子环电子一空穴的复合发光提供了理论

4、前提。4．采用有限元方法，计算了第二类能带对准型的异质结构：GaSb／GaAs大失配量子环的应变分布和空穴束缚态。计算发现重空穴的和轻空穴的能量差别很大，这是由于较大的双轴应变造成的。通过比较截项金字塔形状的GaSb／GaAs和InAs／GaAs量子点的应变能，说明了GaSb／GaAs量子环完全中空结构的形成原因，是需要释放更多的已经积累的应变能，这对实验上研究GaSb／GaAs量子点或量子环的生长有所帮助。5．采用有限元方法，对于InAs／GaAs量子环分子和量子点分子，分别计算了其电子结构受到纵向和横向电场的影响。结果表明，电场可以有效地调节电子波函

5、数在不同量子环或量子点当中的分布。特别地L对于非垂直对准的InAs／GaAs量子点分子，其能级与横向电场的关系曲线不再具有对称性，这为判断量子点分子的非垂直对准提供了理论方法。6．采用有限元方法，分析了GaAs／A1GaAs二维量子环当中不同角动量J『对应的最低的电子能级随量子环几何参数的变化，并且考虑了磁场和量子环中心施主杂质的影响。结果表明，磁场会显著改变电子能级与几何参数的关系，尤其是^l砬人摘要’．!!室坚皇查兰塑主笙窒．．摘要■一j』。毒^【0▲．ABSTRACTNano-scaledsemiconductormaterials，inparti

6、cular,zero—dimensionalquantumdots(QDs)andquantumrings(QRs)inwhichtheelectronsandholesareconfinedinthreedimensionspossessdistinctelectronicandopticalpropertiescomparedwithbulkmaterials．ThismakesoptoelectronicdevicesbasedonQDsandQRsdrawingmuch，attentioninthesedecades．Theresearchonz

7、ero-dimensionalQDsandQRsisalwaysthefrontierincondensedmatterandoptoelectronics．SupportedbytheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(GrantNo．2009AA032405)，theNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNo．60644004)，theNationalNaturalScienceFoundationofChina(Gr

8、antNo．60908028)andtheNationalNaturalScie