半導體可飽和吸收體光學性質的第一性原理研究.pdf

1、以半導體激光器(LD)作為泵浦源的全固態(tài)調Q激光器，具有全固體、整機小而堅固的優(yōu)點，以及高效率的泵浦抽運等優(yōu)勢，表現出很好的應用前景，從而引起人們廣泛的關注。全固態(tài)調Q激光器的調Q元件對于激光的輸出特性極為關鍵，因此如何優(yōu)化它的各項性能參數成為激光器設計人員的研究重點。作為被動調Q元件的新型代表，GaAs半導體可飽和吸收體具有操作簡便、構造簡單及價格便宜的優(yōu)點，在被動調Q激光領域已逐漸成為研究人員關注的焦點。
　　 本論文采用第

2、一性原理的量子力學研究方法，分別對含有本征點缺陷的GaAs晶體和不同Bi濃度的GaAs1-xBix晶體的電子結構和光學性質進行了理論研究，并對其模擬計算的結果進行了詳細的分析。論文的主要創(chuàng)新性內容包括以下兩個部分:
　　 (Ⅰ)采用第一性原理的方法首先對含有鎵空位、砷空位、鎵反位、砷反位、鎵間隙或砷間隙等不同本征點缺陷的GaAs晶體的晶格結構進行幾何優(yōu)化，得到能量最低的穩(wěn)定構型;然后根據能帶結構和分波態(tài)密度圖對由各種本征點缺陷引

3、起的缺陷能級及其電子占據態(tài)進行分析;最后計算了含有幾種本征點缺陷的GaAs飽和吸收體的光學性質，發(fā)現含有鎵空位、砷空位或鎵反位的GaAs晶體的吸收邊紅移程度大于含有砷反位、鎵間隙或砷間隙的GaAs晶體，且在近紅外區(qū)域的吸收系數前者也大于后者。同時也造成了含鎵空位、砷空位或鎵反位的GaAs晶體的介電函數實部和折射率在近紅外區(qū)域發(fā)生了紅移。GaAs中本征缺陷能級的理論研究對于分析GaAs可飽和吸收體對光子的吸收機理有重要幫助，并對GaAs晶

4、體作為飽和吸收體用作被動調Q元件具有理論指導意義;
　　 (Ⅱ)采用第一性原理的方法，計算并研究不同Bi原子摻雜濃度的GaAs1-xBix晶體的電子結構和光學性質，得到了Bi原子摻雜濃度漸變的六種GaAs1-xBix晶體的能帶結構圖和分波態(tài)密度圖，以及各項光學性質譜線。發(fā)現Bi原子的摻雜濃度越高，GaAs1-xBix晶體的帶寬越小，且晶體的吸收帶邊和主要的吸收峰都發(fā)生紅移;GaAs1-xBix晶體的各項光學常數，包括吸收系數、折