Gaxln1-xAs/GaAs量子点分子的电子结构和光学性质的研究

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本文在有效质量包络函数近似下,用平面波展开法研究了GaxIn1-xAs/GaAs球形量子点分子的电子结构和光学性质。计算了电子、空穴的基态能、跃迁能和吸收系数。在计算过程中考虑了有效质量差异、有限带阶效应、价带混合效应和价带应力。通过计算,我们得到了N量子点分子的电子基态能、空穴基态能、跃迁能都与量子点半径、GaxIn1-xAs中Ga含量、量子点数有关,其中电子基态能还受到量子点排列位置的影响。在量子限制效应影响下,发现电子基态能、空穴基态能、跃迁能都随着量子点半径的增大而减小;但量子点分子的空穴基态能变化曲线会复杂些,在量子点半径大于9nm时,重空穴基态能随着量子点半径的增大明显下降,而轻空穴基态能随着量子点半径增大几乎不变,这是由于价带的空穴受到价带混合效应与应力的共同作用。当量子点间相互耦合时,发现量子点分子空穴基态能、跃迁能、电子基态能随着量子点数的增大而减小,但六量子点分子的电子基态能大于五量子点的,这是由于电子基态能受到量子点分子中量子点排列位置的影响。当GaxIn1-xAs材料Ga含量增大时,发现量子点分子的电子基态能、空穴基态能随Ga含量的增大而减小,跃迁能却随Ga含量的增大而增大;这是因为电子和空穴的势垒高度随着Ga含量的增大而减小,电子和空穴的基态能随着Ga含量的增大缓慢减小,带隙随着Ga含量的增大明显增大,所以最后得到的跃迁能还是随Ga含量的增大而增大;原本带隙与Ga含量的函数是包含二次关系,在加上电子、空穴基态能随Ga含量变化影响后,我们得到的跃迁能与Ga含量几乎成正比关系。综上可知跃迁能与量子点半径、量子点数、Ga含量的变化关系,所以可以通过调节量子点半径、量子点数、Ga含量来得到同一跃迁能,这在新物理现象的发现和物理性质的探究中具有指导作用,在量子点器件制备中具有潜在应用价值。   另外,我们采用与实验数据一致的结构参量计算了一个量子点和两个量子点的吸收能级峰,对于一个量子点,量子点的半径为12nm,电子和重(轻)空穴的跃迁在发光峰值处Ga的含量数值都为0.610;对于两个量子点,量子点半径为8nm,电子重空穴的跃迁在发光峰值处Ga的含量数值为0.575,轻空穴的为0.560。从而定量的解释了大量子点大Ga组分,小量子点小Ga组分,与实验的结果一致。  
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