ZnO/Zn1-xMgxO非对称双量子阱中激子光吸收

论文摘要

对于ZnO/Zn1-xMgxO非对称双量子阱（ADQW）,当Mg组分在0.37<x<0.62区间,三元混晶Zn1-xMgxO存在纤锌矿和闪锌矿两相.本文着重探讨此区间内混相结构激子光吸收的特点.计入自发极化与压电极化诱生的内建电场,并引入Hartree势,在垒材料分别为纤锌矿和闪锌矿结构的情况下,利用数值解法获得激子跃迁光吸收系数（OAC）,再将两种结构的OAC用我们提出的权重模型拟合,获得激子光吸收的特性,并讨论其尺寸效应和三元混晶效应.本文在综述ZnO基半导体的相关性质的基础上,重点给出ZnO/Zn1-xMgxO单、双和多阱材料有关激子光吸收研究的发展现状与存在的问题.针对ZnO/Zn1-xMgxO ADQW,在有效质量近似下,自洽求解薛定谔方程和泊松方程得到电子（空穴）态,进而,结合数值计算和变分法得到激子的各个能级,再利用密度矩阵原理获得激子从基态跃迁到第一激发态（第一种）,第一激发态跃迁到第二激发态（第二种）以及基态跃迁到第二激发态（第三种）的OAC,并根据高斯型正态分布函数累积积分,建立权重模型,讨论混相结构OAC的特点.结果表明:Hartree势使电子（空穴）能级降低（升高）,内建电场使电子（空穴）向左（右）移动,导致电子（空穴）能级升高（降低）.对于上文提到的第二种和第三种激子跃迁,当垒材料为闪锌矿,且左、右阱宽度一致时,随着中间垒厚的增加,激子会从间接激子转变为直接激子,导致第三种激子跃迁光吸收系数在中间垒较厚时发生合并.但是,当左阱宽度大于右阱宽度时,激子一直保持间接性,激子类型转变现象消失,这说明非对称因素的存在可使激子更加稳定.另外,在内建电场影响下,在两种ADQW阱结构中,OAC随右阱宽度的增加均发生红移,随左垒中Mg组分的增加则发生蓝移.为了验证理论的可行性,本文还计算了激子的带间跃迁能,其结果与实验吻合得很好.本工作所得结果可以为此类量子阱光电器件的性能改善提供理论指导.

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩智强

导师: 班士良

关键词: 量子阱,混相,激子态间跃迁,直接和间接激子,光吸收

来源: 内蒙古大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 内蒙古大学

基金: 国家自然科学基金(No.61764012)

分类号: O471.1

总页数: 33

文件大小: 2329K

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