文章目录

摘要

ABSTRACT

一、绪论

1.1 宽禁带半导体量子阱的特点及应用

1.2 声子及其与电子的相互作用

1.3 电子跃迁光吸收

1.4 本文的主要研究内容

二、理论计算模型及方法

2.1 异质结构中的电子态

2.2 声子

    2.2.1 纤锌矿结构量子阱中的声学声子

    2.2.2 对称单量子阱中的光学声子

2.3 光学声子影响下的电子迁移率

2.4 电子子带跃迁光吸收

2.5 关于混相的计算方法

三、数值结果与讨论

3.1 电子态

3.2 声子色散关系及声子势

    3.2.1 纤锌矿结构量子阱中的声学声子

    3.2.2 混相影响下对称量子阱中的光学声子

3.3 MgZnO/ZnO对称量子阱中的电子迁移率

    3.3.1 三元混晶效应对电子迁移率的影响

    3.3.2 电子迁移率的温度与尺寸效应

3.4 MgZnO/ZnO非对称量子阱中电子子带跃迁光吸收

    3.4.1 光吸收谱的三元混晶效应

    3.4.2 结构对电子子带跃迁光吸收的影响

    3.4.3 电子子带跃迁光吸收的尺寸效应

四、结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表和完成的论文

文章摘要:与传统半导体相比,宽禁带半导体具有更好的电子输运、电光和光电特性,其中,以ZnO和GaN为代表的Ⅱ-Ⅵ族和特殊Ⅲ-Ⅴ族三元混晶半导体量子阱,可在异质界面形成高浓度二维电子气,有效提高材料和器件的电子迁移率以及响应效率和频率,还可利用其可调宽带隙的特点,广泛应用于短波段如紫外光器件的核心工作单元.从理论上对其基本物性深入探索,既可解释和预言实验现象,指导新材料设计和器件研究,又可发展相关理论.本文基于Loudon单晶轴模型、介质和介电连续模型,先以AlGaN/GaN非对称量子阱为例,给出其中声学声子的基本性质,再以MgZnO/ZnO量子阱为例,计入MgZnO混相效应后,讨论其中电子态、光学声子、相关电子-声子相互作用和电子迁移率,并给出电子子带间跃迁光吸特性.主要研究内容和结果概述如下:（1）AlxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN非对称量子阱中的声学声子.在二元极限下,随着波矢增加,声子色散关系会趋向于四条以各层体模群速为斜率的边界线,依照不同的边界线,可将声子区分为传播、局域和半空间模.声子频率相近的模之间相互影响和杂化,导致在特定频率区间出现界面模.根据截止条件和各支色散关系与边界线的交点,给出相应声子模式的截止频率和波矢,即声子模式存在及转化的条件.若将二元情况推广至三元,则发现三元混晶效应会导致声子振动的局域区间出现依赖其色散关系的截止频率和波矢,以及其色散关系所趋于的边界线.（2）MgxZn1-xO/ZnO对称量子阱中光学声子及其与电子的相互作用.与纤锌矿相对比,当MgxZn1-xO处于岩盐相时,量子阱中的界面和局域声子在阱中局域性更强,而在垒中则稍弱.随着Mg组分的增加,在光学声子散射下的电子迁移率分别在MgZnO处于纤锌矿和岩盐相时出现极小和极大值.讨论其尺寸效应则发现,较厚的阱层更易于获得较高的电子迁移率.（3）MgxZn1-xO/ZnO/MgyZn1-yO非对称量子阱中电子子带跃迁光吸收.当两侧垒均为纯相时,只可观测到单峰光吸收谱.当固定右垒Mg组分处于混相区间,而左垒Mg组分处于纤锌矿相时,则可发现清晰的双峰,当Mg组分增加至混相区间时,随着组分变化,则可观测到三峰乃至四峰.当左垒Mg组分在岩盐相时,虽然理论上存在双峰,但其中一峰值过低,难以观测.我们的结果显示,三元混晶效应是影响MgZnO基多色光探测器的主要因素.

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