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半导体超晶格子带间光跃迁吸收理论研究

作　者: 李文兵
导　师: 赵国忠；王福合
学　校: 首都师范大学
专　业: 光学
关键词: Kronig-Penney模型电子能级结构超晶格子带间吸收
分类号: O472.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

半导体超晶格和量子阱的物理性质研究是凝聚态物理十分活跃的前沿领域之一，不断揭示出一系列的新物理特性，同时也展示出广阔的应用前景。本文就半导体周期结构的电子态与子带间的跃迁吸收进行了研究，获得了一些有意义的结果。主要有： 1、运用Kronig-Penney模型，研究了GaAs／Al_xGa_1-xAs超晶格的束缚态（E＜V₀）电子能级结构、带宽，跃迁矩随超晶格的结构参量（阱宽、垒宽和Al组分）变化关系，以及子带能量色散关系。计算结果表明：影响光跃迁频率的最大因素是阱宽，随着阱宽的增加，光跃迁频率逐渐减小；影响带宽的较大因素是垒宽，随垒宽的增大，带宽逐渐减小；超晶格结构参量对跃迁矩的影响很小；随着Al组分的增加，光跃迁频率逐渐增大；第一子能带随波矢的变化不是很明显，第二子能带随波矢变化比较明显。 2、运用Kronig-Penney模型，研究了GaAs／Al_xGa_1-xAs超晶格扩展态（E＞V₀）的电子能级结构和带宽随超晶格的阱宽、垒宽和Al组分的变化关系，以及扩展态能量随波矢k的变化关系。计算结果表明：影响光跃迁频率的最大因素是阱宽和Al的组分，随着阱宽的增加，光跃迁频率逐渐减小，随着Al组分的增加，光跃迁频率逐渐增大；影响带宽的较大因素是阱宽和垒宽，随着阱宽或垒宽的增大，带宽逐渐减少。 3、从理论上研究了半导体超晶格子带间跃迁的光吸收性质，以GaAs／Al_xGa_1-xAs超晶格为例进行数值计算，分析了该材料的吸收系数随入射光光子能量、光场强度和超晶格结构参量（阱宽，垒宽，势垒高）的变化关系。计算表明：随着入射光光子能量的变化，出现非对称的吸收峰；光强只改变吸收系数大小；超晶格结构参量会改变吸收谱的谱宽和吸收峰所对应的入射光频率。随着超晶格阱宽（垒宽）的增大，吸收谱由宽变窄，吸收峰红移；随着超晶格Al组分变大，吸收谱变窄。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章概论  9-23
  1.1 超晶格量子阱的物理背景  9-10
  1.2 半导体超晶格的提出  10-12
  1.3 共振隧穿效应  12-13
  1.4 超晶格微带效应  13-14
  1.5 准二维和二维结构——超晶格与量子阱  14-16
  1.6 超晶格量子阱的发展和应用前景  16-23
    1.6.1 超晶格量子阱晶体材料  17
    1.6.2 新器件  17-18
    1.6.3 新学科、新技术  18-23
第2章半导体超晶格电子能级结构理论研究  23-39
  2.1 超晶格二子能带模型  23-28
  2.2 半导体超晶格束缚态色散关系  28-29
  2.3 半导体超晶格扩展态的色散关系  29-30
  2.4 数值结果和讨论  30-39
    2.4.1 GaAs／Al_xGa_(1-x)As超晶格束缚态电子能级结构  31-34
    2.4.2 GaAs／Al_xGa_(1-x)As超晶格扩展态电子能级结构  34-39
第3章半导体超晶格子能带间的光吸收理论研究  39-52
  3.1 引言  39-40
  3.2 模型&理论  40-45
    3.2.1 超晶格二子能带模型  40
    3.2.2 光学Bloch方程  40-42
    3.2.3 超晶格子带间跃迁的极化  42-43
    3.2.4 Maxwell方程  43-44
    3.2.5 Maxwell-Bloch方程的稳态解  44
    3.2.6 半导体超晶格吸收系数解析关系式  44-45
  3.3 数值计算与讨论  45-52
第4章结论  52-53
攻读硕士学位期间完成的论文  53-54
致谢  54

半导体超晶格子带间光跃迁吸收理论研究

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