Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构中的激子及其压力效应ppt课件.ppt

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1、Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构中的激子及其压力效应内容提要第一章绪论1.Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构材料的特点及研究意义2.国内外研究现状：主要成果3.未解问题第二章物理参数的压力（应变）依赖关系（略）第三章ZnSe/ZnCdSe量子阱中应变的压力调制效应1.直接禁带-间接禁带转变压力2.重空穴-轻空穴能带交叉压力第四章ZnCdSe/ZnSe量子阱中的激子及其压力效应1.压力导致的激子-LO声子耦合增强的可能性2.重空穴激子的压力系数3.体弹性模量对重空穴激子跃迁的影响第五章压力对第Ⅱ类异质结的界面激子的结合能的

2、影响ZnSe/ZnTe异质结(ZnTe/CdSe异质结略）第一章绪论1。Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构材料的特点及研究意义同以GaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料相比，以ZnSe和ZnO为代表的宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体及其混晶具有带隙宽、直接带跃迁和能以任何比例组成混晶等优点，除此之外，Ⅱ-Ⅵ族半导体材料还具有较大的有效质量和较小的静态介电常数，具有较大的激子结合能，较小的激子半径，较小的抗磁能移，激子发光可延续到室温等特点，所以长期以来一直被认为是紫、蓝和绿色发光、激光以及在该波段响应的光学双稳和光学非线性应用的

3、重要侯选材料。另外，由于目前GaAs是许多Ⅱ-Ⅵ族半导体外延生长的衬底，而ZnSe和GaAs的晶格失配仅为0.27%，非常适合集成光电子技术的需要。宽带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料与激子性质有关的性质有：（1）Ⅱ-Ⅵ族材料多为强离子型晶体，载流子与LO声子场作用强烈，激子-LO声子耦合也较Ⅲ-Ⅴ族材料强烈—为研究电声子相互作用提供非常合适的材料（2）高度稳定的激子态—这个性质可用于制造光学双稳器件（3）Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构材料界面处存在较大双轴应变—可使价带顶退兼并2。国内外研究现状：主要成果ZnSe材料8

4、0年代末90年代初的两项重大突破：第一，ZnSe的p掺杂的实现；第二，p-ZnSe的低阻欧姆接触的实现。Ⅱ-Ⅵ族宽带半导体量子阱研究工作的主要进展：第一，获得了室温和连续工作的蓝/绿色半导体激光器；第二，获得室温和具有ns及ps量级响应的光双稳器件。在压力方面：第一，理论和实验均表明压力可使激子和施主结合能线性或亚线性地提高。第二，人们发现：对于单异质结结构，压力调制可以造成HH-LH的能级交叉。不同应变条件下的能带结构（图1.2.1）3。未解问题目前国际上对于Ⅱ-Ⅵ族宽带半导体异质结构材料的研究的

5、注意力已经转向ZnO薄膜及其低维结构材料的研究和Ⅱ-Ⅵ族量子点材料的研究。但传统Ⅱ-Ⅵ族宽带半导体异质结构材料，如ZnSe基量子阱材料的研究仍然显示出蓬勃的生命力，仍需进一步深入的工作。比如：空穴能带弯曲问题。在压力方面：（1）双异质结（量子阱）压力调制效应的实现（2）ZnSe/ZnCdSe量子阱的光致发光强度随静压快速衰减实验现象的解释实验发现：ZnSe/ZnCdSe量子阱（x=0.18）在压力增加过程中光致发光的强度随压力增加而减弱得特别快，在3GPa左右样品的发光已被荧光背底完全淹没。可能的解

6、释包括结构相变﹑类型Ⅰ-类型Ⅱ转变﹑Γ-X能带交叉﹑表面损伤﹑压力调制造成的HH-LH能带交叉等.表1.2.1ZnSe和GaAs结构相变压力和Γ-X能带交叉压力比较P=0闪锌矿，直接带隙P=Pc闪锌矿，间接带隙P=Psβ-Sn或NaCl结构（较低的压力）P=Pm半导体-金属相变GaAsPc=3GPaPs=17.2GPaPm=25GPaZnSePc=？（实验未明确，理论有争议）Ps=13.2GPaPm=16.5GPa对于GaAs，有以下关系Pc

7、（3）压力对激子稳定性的影响（4）压力下物理参数的描述（5）光跃迁能量随压力变化关系实验发现，对于ZnSe/ZnCdSe量子阱结构激子光跃迁能量随压力线性变化，而对于ZnSe/ZnCdSe超晶格结构激子光跃迁能量随压力非线性变化。上述差别的关键可能在于超晶格和量子阱的体弹性模量不同。（6）重空穴激子的压力系数随阱宽变化关系本文力图解决上述问题中的（1）（2）（第三章）、（3）（5）（6）（第四章）、第Ⅱ类异质结空穴能带弯曲问题（第五章）。第三章ZnSe/ZnCdSe量子阱中应变的压力调制效应1。直接

8、禁带-间接禁带转变压力方法：根据弹性理论得到体积形变；根据经验赝势法（EPM）算出常压下导带底能量；利用体积形变势算出压力P下带和X带带底能量表达式，其交叉点即Pc结果：对于体ZnSe我们得到Pc=19.4GPa(无内部应变)和Pc=20.4GPa(有内部应变)。对于三元混晶Zn1-xCdxSe(x>0),我们的计算指出Pc随x增大而增大。这样对于ZnSe基的材料可得到Ps