ZnO-MgZnO單量子阱的能帶重整化研究.pdf

1、主要研究了微納結(jié)構的半導體材料ZnO/MgZnO單量子阱的光學性質(zhì)，尤其是量子阱在強光激發(fā)下的室溫光致發(fā)光譜隨激發(fā)強度和阱寬的變化情況，并從中囊括出其能帶重整化與激發(fā)光強度以及阱寬的關系，填補了人們對阱寬在2倍激子波爾半徑(aB)左右的ZnO單量子阱微納結(jié)構在強光激發(fā)下的能帶重整化研究的空白。這些研究成果對于ZnO基半導體微納光電器件的研發(fā)具一定的參考意義。
　　 本研究采用皮秒量級(25 ps)的脈沖激光激發(fā)樣品，在室溫下采用

2、多色儀對樣品的輻射光進行測量。在激發(fā)光強度足夠強時，樣品的載流子濃度超過了Mott濃度，其發(fā)光峰的能量位置隨著激發(fā)強度的增大而出現(xiàn)連續(xù)的紅移，得出電子空穴等離子體輻射的能量與載流子濃度的關系。
　　 在同一量子阱的不同阱寬處，通過分析時間積分光譜的峰值位置與激發(fā)光源的能量密度以及勢阱寬度的關系，發(fā)現(xiàn)阱寬越大，其PL譜的紅移也越大，然而紅移量對阱寬的斜率卻逐漸減小，當阱寬大于Zn0體材料的2aB時，紅移量隨阱寬增大逐漸呈現(xiàn)出飽和的

3、趨勢。這些現(xiàn)象揭示了量子阱的二維局域作用，阱寬越小，局域作用越強，電子空穴的波函數(shù)受到更大的壓縮，相應地能帶重整化受到的影響也越大，相反的，阱寬越大，局域作用就越弱；當阱寬在2aB左右時，量子阱的局域作用正好處于強弱的臨界點，故其能帶重整化在阱寬大于2倍激子波爾半徑左右的時候就逐漸呈現(xiàn)出飽和的趨勢。
　　 另外，通過對不同阱寬處的PL譜隨激發(fā)強度的變化規(guī)律進行仔細的分析發(fā)現(xiàn)，在阱寬較小處，當激發(fā)強度逐漸增大時，其PL譜的峰位先向

4、低能側(cè)移動，繼而向高能側(cè)移動，呈現(xiàn)一個S形的變化規(guī)律。由于ZnO材料在制備過程中很容易因為各種因素造成的氧空位缺陷或氫等其他元素的摻雜，形成n型ZnO材料，故在分析其能帶重整化的過程中除了要考慮電子空穴的多體效應帶來的能隙收縮外，還必須合理的計算n型材料在高載流子濃度下的Burstein-Moss效應導致的能隙展寬。在載流子濃度超過Mott濃度而還未達到很高的濃度時，電子空穴的多體效應起主導作用，這時能隙的收縮隨著激發(fā)強度的增大而出現(xiàn)連