半導體低維量子結構中電子態(tài)、聲子態(tài)及其相互作用性質研究.pdf

1、近幾十年來，半導體低維量子結構因其新穎的物理性質和廣泛的應用前景，已成為凝聚態(tài)物理和材料科學中的重要前沿領域。同時，分子束外延等超薄生長技術和精細束加工技術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支持。本文對一種特殊的半導體低維量子結構——含結構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果，以期能為相關量子器件的設計和制造提供理論依據。 在有效質量近似理論下，利用轉移

2、矩陣和有效壘高方法研究了有限磁場下含結構缺陷的多組分超晶格中局域電子態(tài)的性質。在考慮各組分層有效質量的失配時，外加磁場會導致磁耦合效應的出現。數值結果揭示，磁耦合效應不僅引起局域電子能級的量子化，并且隨著朗道指數或磁場強弱的變化，局域能級及其局域程度都會發(fā)生顯著移動，特別是對高能區(qū)域的局域電子態(tài)影響更大。此外，還利用散射矩陣計算了電子輸運系數，詳細討論了含結構缺陷的三組分有限超晶格中局域電子能級與輸運譜透射禁區(qū)中的共振透射峰的關系，發(fā)現

3、兩者之間有著很好的對應關系，為相應的實驗研究提供了依據。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到用處，這些研究結果具有重要的參考意義。 在宏觀介電連續(xù)近似下，采用轉移矩陣方法，研究了含結構缺陷有限超晶格中局域界面光學聲子模隨結構參數的演變規(guī)律。在這種有限超晶格結構中，可以清楚地看到所有界面模的演化軌跡。結果表明：存在兩類局域模，它們的宏觀靜電勢波函數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、缺陷層的相對厚度和介電常數的改變，其局域位置和特性發(fā)生顯著變化。當缺陷層引入三元合金時，其兩模行為導致局域模數目增加，且隨著合金成分數的改變，局域模發(fā)生簡并、分離、穿越等有趣現象。然而，在這些演變過程中，雖然能隙中局域模的數目不守恒，但所有界面模的總數是守恒的。 采用費密黃金規(guī)則和轉移矩陣方法，計算了含包覆層半無限超晶格中的表面電聲子躍遷率。在這種結構中，最低的兩個表面電子能級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厚度以及基底層和包覆層的材料本質等。然而，從本質上來講，這種表面電聲子躍遷率的大小是由表面電子態(tài)及表面光學聲子模的衰減長度決定的。這些結果表明，可以通過調整結構參數來人工控制表面電聲子躍遷率的大小，這對于半導體超晶格激光器等光電器件的設計是有裨益的。 最后，將結構缺陷引入到準一維超晶格量子波導。在連續(xù)介質彈性模型下，采用散射矩陣方法，研究了含結構缺陷超晶格量子波導的聲學聲子輸運。