文档介绍：北京交通大学
硕士学位论文
氮化物半导体量子点光电性质的研究与设计
姓名:梁双
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:吕燕伍
20061201
中文摘要摘要:宓;锇氲继寮捌浠衔锓⒐馄骷姆⒐獠ǔじ哺橇寺坦獾阶贤的范围。而量子点生长技术的发展,可以通过甂模式生长出相对均匀的应变自组织量子点,使量子点成为人们研究的另一热点。Ⅲ族氮化物量子点的研究不但可以从基础物理方面推动类似人造原子的零维物体的研究,而且在器件应用特别是光电子领域存在巨大的潜力。半导体量子点生长技术的巨大发展推动了对自组织量子点的理论研究,既可以解释现有的实验数据,也可以指导将来的发展。本文给出了系统的理论模型,包括应变分布、电荷密度、有效质量近似理论框架下的电子状态和量子点电子子带跃迁的吸收系数的计算方法。根据有限元思想设计了一种有效的数值计算方法,利用变分方法建立有限单元方程,进而通过数值积分和线形代数相关方法求解。研究了疉量子点结构的应变分布和压电特性。根据有效质量近似理论采用有限元方法计算了疉量子点结构的电子状态和波函数,计算中考虑了自发极化和压电极化的影响。研究了量子点的子带跃迁,及其受到量子点大小变化的影响。此方法收敛速度快,计算精度高。研究发现应变导致的压电极化和Ⅲ族氮化物半导体所特有的自发极化将导致电荷分布的变化,使电子聚集在量子点顶部,空穴聚集在量子点底部,产生几个/的内建电场。形变势和压电势改变了电子能级,而且使简并能级分裂。在合适的范围内,基态向第一激发态的子带跃迁具有很强的振子强度,并且依赖量子点的尺寸大小。本文的计算结果更深入的解释了实验现象,并且有助于量子点激光器和光电器件的设计。关键词:疉量子点结构;应变;电子能级;予带跃迁分类号:韭塞銮道鑫堂亟±堂焦盈塞生塞摘璺
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致谢最后,我再~次向我的指导老师——吕燕伍老师表示衷心的感谢本论文的工作是在我的导师吕燕伍教授的悉心指导下完成的,导师渊博的学识、敏锐的思维、严谨的治学态度和忘我的敬业精神给我留下了深刻的印象并将使我受益终生。导师三年来对我的学习和生活的极大关怀,耐心的指导和鼓励让我感动,让我有勇气面对和解决困难。在此谨向恩师致以崇高的敬意和最忠心的感谢感谢陈允忠同学,在我的学习和生活上都给予了莫大的帮助。忠心感谢我的家人对我的关心、支持和付出。
半导体科学在现代科学技术中占有极为重要的地位。随着材料提纯技术、单晶生长技术和各种薄膜材料制备技术的发展,集成电路和各种半导体器件的发明和发展,使半导体技术很快融入社会生活的各个方面。半导体材料及其应用已成为现代社会各个领域的核心和基础。在半导体行业的发展进程中,人们常把和等元素半导体称为第一代电子材料,把,然衔锇氲继宄莆5诙氲继宀牧稀6袸族氮化物饕0℅、相关化合物Ⅳ甆及其合金、金刚石等宽带隙的化合物半导体材料称为第三代半导体材料。自年集成电路发明以来,半导体单晶硅材料以其丰富的资源、一系列优良的物理、化学性质成为生产规模最大、生产工艺最完善和成熟的半导体材料,也是目前在所有已知材料中被研究得最为充分的材料。以为代表的化合物半导体材料带隙较大,电子迁移率和饱和速率高。所制器件比相应器件工作速度快、工作频率高、工作温度高,这使等材料成为现代超高速电子器件和电路的重要材料。宽带网应用和固态照明是其两个主以4淼腎族氮化物半导体材料是直接跃迁型半导体材料,其宽带隙特性具有极好的抗辐射特性;其优良的光、电特性、良好的机械性质及其特有的带隙范围,使其在光电器件、大功率、高温、高频电子器件以及一些特殊半导体器件等领域中有着极其广泛的应用前景。;蛩脑9倘芴搴金体系鏏,珹湎嘤Φ闹苯哟恫ǔじ哺橇舜雍臁⒒啤绿到紫外光的范围。因此,只要通过对Ⅲ族氮化物半导体材料和器件的研究开发,就可以实现半导体发光器件的发光波长覆盖全部可见光的范围,并可达到紫外光区域。由此,就可实现图象的全色显示,并可扩展到许多其他应用领域。对于以J椎腎族氮化物,在经历了长期的研究之后,终于在世纪年代初获得高质量虶外延薄膜材料,制作了高亮度蓝色发光二极管并迅速产业化,为实现全彩显示奠定了基础,开辟了半导体在显示领域的新天地。蓝色激光器也达到实用化的水平。此外,捌涠嘣;衔锘故前氲继逭彰鞯氖选材料。半导体灯将有可能象年前,晶体管取代电子管那样替代白炽灯,使照明工程进入一个新时代。要应用领域。
近十几年来,低于二个自由度的一维和零维结构引起了人们的浓厚兴趣。所谓一维结构指的是限制载流子只能在一个方向自由运动的量子线,零维结构是限制载流子的自由度为零的量子点。研究发现,一维受限的量子阱的电子态密度呈台阶形状,而量子点和量子线的电子态密度分别呈现出一系列孤