半導(dǎo)體低維量子結(jié)構(gòu)中電子態(tài)、聲子態(tài)及其相互作用性質(zhì)研究.pdf

1、近幾十年來，半導(dǎo)體低維量子結(jié)構(gòu)因其新穎的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，已成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)中的重要前沿領(lǐng)域。同時(shí)，分子束外延等超薄生長技術(shù)和精細(xì)束加工技術(shù)的日益完善和迅猛發(fā)展也為量子器件的不斷推陳出新給予了重要的技術(shù)支持。本文對(duì)一種特殊的半導(dǎo)體低維量子結(jié)構(gòu)——含結(jié)構(gòu)缺陷超晶格中的電子態(tài)、聲子態(tài)及電聲子相互作用作了較深入的探索，取得了一些有意義的結(jié)果，以期能為相關(guān)量子器件的設(shè)計(jì)和制造提供理論依據(jù)。 在有效質(zhì)量近似理論下，利用轉(zhuǎn)移

2、矩陣和有效壘高方法研究了有限磁場下含結(jié)構(gòu)缺陷的多組分超晶格中局域電子態(tài)的性質(zhì)。在考慮各組分層有效質(zhì)量的失配時(shí)，外加磁場會(huì)導(dǎo)致磁耦合效應(yīng)的出現(xiàn)。數(shù)值結(jié)果揭示，磁耦合效應(yīng)不僅引起局域電子能級(jí)的量子化，并且隨著朗道指數(shù)或磁場強(qiáng)弱的變化，局域能級(jí)及其局域程度都會(huì)發(fā)生顯著移動(dòng)，特別是對(duì)高能區(qū)域的局域電子態(tài)影響更大。此外，還利用散射矩陣計(jì)算了電子輸運(yùn)系數(shù)，詳細(xì)討論了含結(jié)構(gòu)缺陷的三組分有限超晶格中局域電子能級(jí)與輸運(yùn)譜透射禁區(qū)中的共振透射峰的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)

3、兩者之間有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究提供了依據(jù)。由于多組分超晶格在多量子阱激光器、紅外光電探測器等器件方面的獨(dú)到用處，這些研究結(jié)果具有重要的參考意義。 在宏觀介電連續(xù)近似下，采用轉(zhuǎn)移矩陣方法，研究了含結(jié)構(gòu)缺陷有限超晶格中局域界面光學(xué)聲子模隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的演變規(guī)律。在這種有限超晶格結(jié)構(gòu)中，可以清楚地看到所有界面模的演化軌跡。結(jié)果表明：存在兩類局域模，它們的宏觀靜電勢波函數(shù)分別局域在缺陷層和表面層附近，且這些模隨著超晶格組分層和

4、缺陷層的相對(duì)厚度和介電常數(shù)的改變，其局域位置和特性發(fā)生顯著變化。當(dāng)缺陷層引入三元合金時(shí)，其兩模行為導(dǎo)致局域模數(shù)目增加，且隨著合金成分?jǐn)?shù)的改變，局域模發(fā)生簡并、分離、穿越等有趣現(xiàn)象。然而，在這些演變過程中，雖然能隙中局域模的數(shù)目不守恒，但所有界面模的總數(shù)是守恒的。 采用費(fèi)密黃金規(guī)則和轉(zhuǎn)移矩陣方法，計(jì)算了含包覆層半無限超晶格中的表面電聲子躍遷率。在這種結(jié)構(gòu)中，最低的兩個(gè)表面電子能級(jí)分別存在于第一和第二微隙中。它們之間的電聲子躍遷率依

5、賴于電子的橫向波矢的大小、半無限超晶格組分層的相對(duì)厚度以及基底層和包覆層的材料本質(zhì)等。然而，從本質(zhì)上來講，這種表面電聲子躍遷率的大小是由表面電子態(tài)及表面光學(xué)聲子模的衰減長度決定的。這些結(jié)果表明，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)來人工控制表面電聲子躍遷率的大小，這對(duì)于半導(dǎo)體超晶格激光器等光電器件的設(shè)計(jì)是有裨益的。 最后，將結(jié)構(gòu)缺陷引入到準(zhǔn)一維超晶格量子波導(dǎo)。在連續(xù)介質(zhì)彈性模型下，采用散射矩陣方法，研究了含結(jié)構(gòu)缺陷超晶格量子波導(dǎo)的聲學(xué)聲子輸運(yùn)。