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Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构中的激子及其压力效应

作　者: 郭子政
导　师: 梁希侠
学　校: 内蒙古大学
专　业: 理论物理
关键词: 量子阱 Ⅱ类异质结 激子 跃迁能量 压力系数 流体静压力
分类号: O472
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 205次
引　用: 3次
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内容摘要


本文研究压力对Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构中激子的影响。 为解释ZnSe／ZnCdSe量子阱的光致发光强度随静压快速衰减的实验现象，我们从理论上研究了Zn1-xCdxSe／ZnSe单量子阱中压力导致的应变调制效应。主要结果有三：一是计算得到ZnSe材料的Γ-X交叉压力Pc并发现它满足Ps＜Pm＜Pc（其中Ps为ZnSe的结构相变压力，Pm为半导体-金属相变压力）；二是证明这种量子阱的光致发光强度随静压快速衰减的实验现象不是应变转型（LH-HH交叉）造成的；三是说明这种应变转型可以在量子阱中实现（以前应变转型都是在单异质结中实现的），但前提是保持ZnSe／ZnCdSe的总层厚小于某个临界厚度并使镉浓度x＜0.17。我们还发现：镉浓度的微小改变会造成很大的调制压力的改变以及HH和LH能带的分裂。因此借助于增大x，有望观察到HH和LH激子PL峰的更明显分裂现象。 为讨论压力导致的激子和LO声子耦合增强从而影响激子稳定的可能性，我们用变分法计算了压力下Zn0.74Cd0.26Se QW中基态HH激子结合能并比较了在压力增加过程中HH激子结合能（Eb）与LO声子能量(（?）ωLO)之变化程度。在计算中计入了电子-声子互作用的影响。结果显示，对于中等阱宽的量子阱，激子结合能和LO声子能量确实可以发生交叉，即发生由Eb＞（?）ωLO到Eb＜（?）ωLO的变化，造成激子和LO声子耦合增强。我们还发现，在所有随压力变化的参数中晶格常数的影响是最重要的。有效质量和介电常数同时改变对激子结合能有明显效应，但它们各自独立的影响恰好相反。 考虑压力下势垒高度和激子结合能的改变等诸多因素对压力系数的影响，我们从理论上研究了ZnCdSe／ZnSe量子阱中重空穴激子基态的跃迁能量和压力系数。我们利用变分法计算了激子结合能并考虑了压力和电子-声子相互作用的影响。结果表明ZnCdSe／ZnSe量子阱重空穴激子的压力系数随阱宽增大而减小，该结论与实验结果完全吻合。计算表明体弹性模量对压力系数影响很大，而采用SCI，A近似计算禁带宽度等三元混晶参数可使跃迁能量的计算值与实验值更加符合。还对GaAS/Ga.、Al，As和ZnCdse/Znse两类量子阱中压力系数随阱宽的不同变化规律以及本文计算压力系数方法的误差问题作了简单讨论。 计算表明Znse/ZnCdse量子阱结构中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。上述两种结构中激子光跃迁的差异很可能是由于超晶格和量子阱的体弹性模量不同所致。为解释匕述两种结构中激子光跃迁的差异，我们用变分法并考虑晶格常数、介电常数、有效质量特别是体弹性模量等物理参量的压力效应后计算了Znse/ZnCdse量子阱中的激子结合能。在此基础上研究了静压下Znse/Z。Cdse量子阱中的激子跃迁。结果表明体弹性模量的压力变化率B夕对跃迁能量随压力的变化关系影响较大。根据计算结果，首次估算出ZnCdse/Znse量子阱中Zn曰ZCd曰;Se的体弹性模量之压力导数近似为1 .0。 我们用变分法计算了11类ZnTe/Cdse异质结中界面轻空穴激子结合能随压力的变化关系。引入三角势阱近似来同时描述电子和空穴能带弯曲，用ATM方法得到电子和空穴子带能量和波函数。在计算中计入了压力对有效质量和介电常数特别是带阶的影响。结果表明，压力使激子结合能明显增大，这种增大主要是压力对电子有效质量和介电常数的影响造成的。 我们还用变分法计算了n类Znse/ZnTe异质结中界面重空穴激子结合能随压力的变化。计算方法与上述计算ZnTe/Cdse异质结中界面轻空穴激子结合能的方法相同，但除了考虑电子和空穴能带弯曲之外，还计及了电子一声子相互作用对激子结合能的影响。结果表明，对于H类Znse/ZnTe异质结电子LO声子相互作用对激子结合能的贡献不可忽略。另外还发现，随着戊的变化，瓜(动（考虑电子一声子互作用后激子的结合能）和瓦（:。）（采用:。屏蔽库仑势的激子结合能）会出现有趣的交又现象。

全文目录


中文摘要  2-4
英文摘要  4-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 Ⅱ-Ⅵ族半导体异质结构材料的特点及研究意义  9-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
  1.3 本文主要研究内容  18-22
第二章 物理参数的压力(应变)依赖关系  22-31
  2.1 晶格常数和体积  22-23
  2.2 带阶和禁带宽度  23-26
  2.3 有效质量  26-28
  2.4 介电常数  28-29
  2.5 LO声子频率  29-31
第三章 ZnSe／ZnCdSe量子阱中应变的压力调制效应  31-38
  3.1 直接禁带-间接禁带转变压力  32-35
  3.2 重空穴-轻空穴能带交叉压力  35-37
  3.3 小结  37-38
第四章 ZnCdSe／ZnSe量子阱中的激子及其压力效应  38-62
  4.1 理论  38-43
  4.2 压力导致的激子-LO声子耦合增强的可能性  43-49
  4.3 重空穴激子的压力系数  49-55
  4.4 体弹性模量对重空穴激子跃迁的影响  55-60
  4.5 小结  60-62
第五章 压力对第Ⅱ类异质结的界面激予的结合能的影响  62-80
  5.1 理论  63-66
  5.2 ZnTe／CdSe异质结  66-72
  5.3 ZnSe／ZnTe异质结  72-79
  5.4 小结  79-80
参考文献  80-89
致谢  89-90
攻读学位期间发表论文目录  90-92

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 半导体物理学 > 半导体性质
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