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自从科学家提出量子点纳米材料概念以来,零维半导体材料由于其独特的载流子三维受限特性,而具有特有的量子共振隧穿、声子约束以及非线性效应,在材料科学领域被广泛关注并研究。量子点材料在尺寸、光电性能等方面,相比体材料、一维和二维受限材料都有很大优势,与此同时,随着外延生长技术和刻蚀技术等半导体生长技术的快速发展,为基于量子点纳米异质结构的光电子器件和量子器件提供了先决条件,对未来光通信和量子通信产生了极大的推动作用。本文主要对GaN/AlN自组装类氢掺杂量子点的应变分布、电子结构和光学特性做了一定的理论研究,主要研究内容如下:
1.闪锌矿和纤锌矿相量子点的应变分布。基于连续弹性理论,通过有限元方法,计算闪锌矿相InAs/GaAs和纤锌矿相GaN/AlN量子点系统的应变分布,并研究应变分布对量子点能级的影响。为后面章节研究奠定了理论基础。
2.类氢掺杂GaN/AlN量子点的光学特性分析。在有效质量近似理论基础上,考虑应变、压电效应和纤锌矿较强自发极化效应对类氢掺杂量子点电子结构的影响。采用密度矩阵理论和旋转波近似方法,分别计算了纤锌矿相类氢掺杂量子点的光吸收谱和折射率谱,研究不同入射光强、不同量子点尺寸和不同杂质位置对吸收谱线和折射率谱线的影响。
3.类氢掺杂GaN/AlN量子点在强激光场作用下的光学特性。考虑二能级系统模型,研究反旋项作用下,量子点的特殊能带结构和光学性质;采用高频率Floquet理论(High-frequency Floquet Theory),研究极强激光场作用下,发生电子震荡的量子点特殊能带结构和光学性质,为制备特殊能带结构的光电子器件提供基础理论指导。