关键词： GaAs/AlGaAs   多量子阱材料   透射光谱   结构厚度  

摘要： 通过常规的透射光谱测量,提供一种获取GaAs/AlGaAs多量子阱材料中上电极层、多量子阱区域实际生长厚度的简便、无损伤的方法,这两个厚度参数在器件制备工艺、材料生长参数修正中起关键作用.

关键词： AIInGaN   极化电场   自发发射谱   垒材料  

摘要： 采用k.p方法理论,考虑了极化电场和自由载流子重新分布等因素,通过薛定谔方程和泊松方程自洽求解得到InGaN/AlInGaN,InGaN/GaN,InGaN/InGaN,InGaN/AlGaN量子阱导带和价带的能带结构,并由此计算了不同量子阱结构的自发发射谱.分析对比发现AlInGaN材料特有的自发极化和压电极化效应在阱垒界面处形成的极化电荷对量子阱发光特性有重要的影响.以AlInGaN为垒,优化其中各元素的组分可以减小极化电场的影响,提高量子阱自发发射谱强度.同时,综合考虑了极化电荷和势垒高度的影响,提出了具体的优化方法,并给予了物理解释.

关键词： 超辐射发光二极管   非均匀阱宽多量子阱   光致发光  

摘要： 超辐射发光二极管(SLD)具有不同于半导体激光器和普通发光二极管的优异性能。为了制备高功率半导体超辐射发光管,并且得到比较大的光谱宽度、大的单程增益和抑制电流饱和,我们研究设计了具有850nm辐射波长的GaAlAs/GaAs非均匀阱宽多量子阱超辐射发光二极管结构,采用分子束外延(MBE)方法进行了材料制备。同时利用X射线双晶衍射,变温(10～300K)光致发光(PL)等方法检测分析了外延薄膜的结构和光电特性。在光致发光谱线中我们得到了发射波长850nm的谱峰,谱峰范围跨跃800～880nm,双晶回摆曲线结果显示了设计的结构得到实现。在注入电流140mA时,器件输出光谱的半峰全宽可以达到26nm,室温下连续输出功率达到6mW。

关键词： 太赫兹   量子级联激光器   分子束外延  

摘要： 采用分子束外延的方法，生长了GaAs／Al0.17Ga0.85As基共振声子辅助跃迁的太赫兹量子级联激光器结构，并按照单面金属波导的工艺进行了器件制作。材料的结构由高分辨X射线衍射来确定。在温度为9-150K的范围内，测量了器件的I-V曲线。

关键词： 第一性原理   密度泛函理论   能带   态密度   量子尺寸效应  

摘要： 本论文采用第一性原理又或日密度泛函理论(DFT)方法对材料的性质进行计算。在第一部分中对新型类钙钛矿复合材料RBaC0407(R=Ca，Y，Yb等)进行了研究，优化了晶格常数，并给出了基态时的能带结构和态密度，讨论了目前计算中遇到的问题及解决的思路。\n 结果表明：低能级部分主要由Y-4p和O-2s电子提供，能带组成的大部分是由Ba、o原子组成的BaOl2、Y、O原子组成的Y08和Co、o原子的CoO4基团贡献；给出了Co的+2、+3价态呈任意配比混合价态的电子结构图像，指出了由于费米能级附近电子主要由Co-3d电子支配，而3d的局域性和强关联性使我们目前DFT计算没能给出费米附近的正确能带结构。\n 在本论文第二部分，我们研究了Pb薄膜在自由无衬底、不同极性的GaAs(111)面上的生长以及掺杂Bi后的量子尺寸效应(QSE)，分别从衬底和薄膜自身的角度对不同厚度的表面能、功函数和晶格驰豫等进行了计算并比较其影响作用。\n 对不同厚度的自由Pb薄膜的计算表明，表面能、功函数和薄膜附近两层的晶格驰豫随厚度的变化是一种9ML大周期叠加在2ML小周期之上的振荡模式，与实验和其他计算结果一致；揭示了量子尺寸效应在调制薄膜生长中的作用。\n 计算了Pb原子在GaAs(111)极性衬底上的生长，包括Ga在顶位和As在顶位的两种情况。研究表明：体系的表面能、功函数和晶格驰豫随着Pb薄膜的厚度出现了强烈的双层振荡，自由Pb薄膜比较，拐点的位置和周期随着衬底及极性的不同有所变化，说明衬底在调控Pb薄膜生长方面具有非常重要的作用。\n 最后研究了掺杂有Bi原子的Pb-Bi合金薄膜的量子尺寸效应。结果表明：量子尺寸效应使表面能等双层振荡的现象仍然存在，但由于Bi-Bi的相互作用使这种振荡在20MI_．后迅速衰减。另外也计算了衬底Ge(111)和Si(111)对Pb-Bi薄膜的作用，发现这两种衬底几乎对Pb-Bi合金薄膜有相同的影响，与之前的实验结果相一致。

关键词： 光荧光谱   砷化镓   量子阱   分子束外延  

摘要： GaAs(110)衬底上生长GaAs外延层时,不同生长条件下存在单层和双层两种生长模式,对应反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡呈现出单双周期的变化。通过透射电子显微镜(TEM)、室温和低温光荧光谱(PL谱)对两种生长模式下的样品进行了测量。结果表明,量子阱样品在双层生长模式下光学性能较差,单层生长模式下光学性能比较好,但是量子阱界面会变得粗糙。利用这一特点,采用RHEED强度振荡技术,能够实现在GaAs(110)衬底上生长高质量量子阱。

关键词： 反常输运行为   氮化镓   发光特性   量子阱   极化效应  

摘要： 作为GaN基蓝光、绿光发光二极管(LED)的有源区，InGaN/GaN量子阱的发光性能的显著提高是实现超高亮度蓝光、绿光LED的关键。本文利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长了GaN基LED结构，重点研究了InGaN/GaN对称多量子阱结构(单一阱宽)与非对称量子阱结构(耦合宽窄量子阱)的发光特性。主要研究内容如下：\n 1)从理论出发，概述了C面GaN基材料自发极化和压电极化的起因，结合实验研究了“极化效应”与“激子局域化效应”对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。极化效应造成InGaN/GaN量子阱能带倾斜，导致有效带隙变窄，发光峰位红移；同时由于电子空穴空间上分离，严重降低了辐射跃迁几率，导致发光效率锐减。“激子局域化效应”降低了载流子被穿通位错等非辐射复合中心俘获的几率，从而提高了辐射复合几率；同时由于局域态中更强的量子限制作用，使得电子空穴波函数交叠变大，增加了辐射跃迁几率。极化效应和局域化效应同时存在于InGaN/GaN量子阱结构中，随In组分的增加而增强，两种效应相互制约，共同影响InGaN/GaN量子阱的发光性能。\n 2)研究了盖帽层GaN表面能带弯曲对InGaN/GaN量子阱发光特性的影响。研究表明GaN表面极化中断引起表面电场，导致表面处能带弯曲。这种行为与材料掺杂类型和掺杂浓度密切相关。当InGaN/GaN量子阱离表面足够近，其带边结构将在表面剩余电场的作用下发生变化。由于表面剩余电场和量子阱中极化电场方向相反，因此削弱了量子阱中的极化电场，导致量子阱发光峰位随盖帽层厚度减小线性蓝移。进而根据此线性关系外推出非故意掺杂的GaN表面能带弯曲值约为1.54eV。\n 3)研究了InGaN/GaN量子阱结构MOCVD外延生长中，从InGaN阱层生长温度(低温)到GaN垒层生长温度(高温)的升温过程对量子阱发光特性的影响。研究表明升温过程是一个原位退火过程，它造成了InGaN层中富In区分布的变化：延长升温时间导致富In区由大变小，密度增加，并最终形成高密度的富In类量子点。富In区量子限制的增强导致发光峰位蓝移，同时富In点的密度增加导致发光效率提高。\n 4)首次发现并研究了InGaN/GaN非对称耦合宽窄量子阱间的反常隧穿输运现象，即载流子通过共振隧穿辅助有效地从宽阱(深阱)注入到窄阱(浅阱)中。这与传统的没有极化效应的非对称耦合宽窄量子阱间的载流子隧穿输运行为正好相反。研究发现这种反常现象的根源在于极化效应的存在。

关键词： 结构优化   半导体材料   半导体激光器   量子阱   无铝化合物   拉曼光谱   晶格失配  

摘要： 本文以无铝化合物半导体材料生长及其物理特性研究为研究方向，文献调研和探讨了无铝化合物半导体激光器的研究进展；阐述了分子束外延设备原理和无铝半导体外延层的表征方法；深入研究了MBE生长工艺对InGaP/GaAs异质材料的表面形貌以及生长模式的影响及其规律；利用Raman光谱，分析其有序化的变化规律，实现了主要参数对组份影响的预测。主要成果和创新点如下：\n 1．通过对大光腔无铝半导体激光器结构的设计，从理论上得到实现量子阱激光器大功率运转所需各外延层的厚度设计，对激光器无铝材料的外延生长提供了理论依据。\n 2．通过生长参数和材料性能的综合实验研究，分析和讨论了生长温度、In/Ga比、V/III比等参数对材料组分和表面形貌的影响，获得了晶格失配度在10<\'-4>量级的InGaP/GaAs异质外延材料。\n 3．通过InGaP/GaAs异质外延材料的拉曼光谱研究，结果显示出InGaP合金的双模模式，即2个纵光学声子模和2个横光学声子模；TO<,2>和LO<,1>、LO<,2>模的相对频移与有序化产生的超晶格效应有关。系统研究了晶格失配以及生长温度、In/Ga束流比等生长工艺条件对In<,x>Ga<1-x>P合金拉曼光谱、材料均匀性以及有序度的影响。

关键词： 低维系统   低维量子系统   自旋轨道耦合   输运性质   量子干涉   fano效应  

摘要： 随着凝聚态物理的发展，人们开始关于对电子系统的更精细的控制，近年来利用低维量子系统(量子点、量子阱等系统)来控制电子的行为成为一个重要的研究课题。本论文主要研究了低维系统中自旋轨道耦合效应对系统输运性质的影响和多能级量子点中的fano效应。\n 第一章绪论部分说明了我们研究的系统的背景以及我们使用的理论方法。包括无序系统简介，局域退局域相变理论，自旋轨道耦合效应与fano效应。我们研究的系统的输运性质可以利用转移矩阵方法与散射理论来描述。\n 第二章研究了平行磁场中的有自旋轨道耦合的量子点的磁电导曲线。利用转移矩阵方法，我们定量研究了系统的弱局域化与反局域化转变，并且发现这种转变是通过自旋轨道耦合强度的改变而引起的。平行磁场可以抑制自旋轨道耦合引起的反局域化，对比随机矩阵理论与实验的结果，我们的结论与他们吻合。\n 第三章利用有限标度理论结合转移矩阵分析了二维无序系统中，在自旋轨道耦合与垂直磁场共存的情况下，系统的局域化-退局域化相变行为。我们发现，如果在无自旋轨道耦合的情况下系统处于两个Landau能级之间的局域态，通过增大自旋轨道耦合强度不仅可以使系统退局域化，进一步增大自旋轨道耦合强度还会使系统重新回到局域化状态。进一步的标度分析可以给出系统的关联长度在临界点附近的行为，我们发现这种行为可以用Kosterlitz—Thouless相变的公式ξ=Aexp(α√｜gsoc￣gso｜)来拟合，说明系统的相变跟只有磁场或者只有自旋轨道耦合的连续相变不同。\n 第四章研究了多能级量子点中的fano现象。在库仑阻塞区域，共振区附近可以观测到电导的fano非对称线形。这种非对称线形可以用两个通道之间的干涉来解释，一个通道是共振能级的共振透射通道，另一个是其余非共振能级共同形成的一个等效连续通道。描述fano效应非对称程度的系数q可以用量子点本身的能级间距与量子点与导线之间的耦合来表征。库仑阻塞效应也可以给出一定的非对称效应。

关键词： 量子点系统   非弹性散射   近藤输运   凝聚态物理   电荷输运  

摘要： 近藤输运问题是凝聚态物理领域非常热门的课题，理论工作主要包括量子点系统与其他系统相耦合时电荷的输运性质。最新的研究结果表明，当一个量子点与电极相连接时，电子的近藤输运性质主要是由于巡游电子与量子点上的局域电子有相互作用，这种相互作用会导致量子点上电子的局域态密度在费米面附近会出现一个峰，从而使此系统的微分电导在零偏压时会出现一个极大值。有研究者发现，有许多效应能够使近藤输运被抑制，如当一个量子点连接到电极上时，如果局域电子存在自旋翻转效应，随着这种翻转效应的加强，零偏压的微分电导峰会被压缩。而当两量子点系统连接到电极上时，两量子点的耦合同样会到导致近藤效应的削弱。造成这种影响的物理机制主要是由于这些效应都会减小局域电子与巡游电子的关联，费米面附近的近藤响应峰也会被压缩。在近藤区域，前人的研究工作基本限制在量子点数目不多于两个的情形，而多于两个量子点时系统的非平衡输运性质，还很少有人涉及，所以我们在第二章中分析了在多量子点系统中(量子点数目大于三)系统的非平衡输运性质，结果表明：1)在量子点间的耦合较弱时，系统的近藤输运几乎没有被抑制，而在耦合较强时，系统的近藤输运性质会受到很大影响。2)系统的线性输运性质与量子点数目的奇偶性有关。另外，我们注意到有关近藤输运的理论主要集中在弹性输运的情况，非弹性输运涉及到电子与声子的耦合，这也是一类多体问题。如果在近藤区域考虑非弹性输运问题的话，不得不考虑电子与电子互作用以及电声互作用这两类多体问题，我们在第三章，借助于隶玻色子理论和bonca的处理电声耦合的方法，发展了一套在平均场意义上处理这两类多体问题的新方法，这种方法的实质是将这两类多体问题转化成平均场意义下的单体问题，从而简化了问题的复杂性。建立在这种理论的基础上，我们研究在近藤区域单量子点系统的非弹性输运性质，分析表明，由于声子的参与，微分电导和噪声都有了附加的波动。有声子参与的非弹性输运过程是输运问题一个重要分支，先前的理论研究主要关注电流的计算。通过研究全计数统计(FCS)，系统电荷输运的完整信息(电荷的高阶波动)才能获得。最近，在双耦合量子点系统中，噪声和FCS性质在没考虑电声互作用情况下已经被理论研究过了。我们发展了一种建立在bonca的理论以及全计数统计来研究非弹性输运的新方法。通过系统分析双量子点系统的非弹性输运性质，我们发现：1)当声子参与时，电流和噪声都会被压缩；2)当声子参与时，电荷的高阶波动可能出现负值。\n 总之，我们研究了多量子点系统中近藤非平衡输运的一些特点，分析比较了量子点数目的奇偶性和局域态密度对输运性质的影响，同时发展了一套处理包含电声耦合和电子间存在互作用问题的新方法。