直角棱柱型GaAs/AlGaAs核壳结构纳米线中的电子态及光吸收

论文摘要

半导体纳米线具有强量子束缚效应和大比表面积,在提高电子器件集成度和光电转换效率方面表现出优势。GaAs/AlxGa1-xAs量子阱体系中电子在导带子带间跃迁可实现中远红外波段的光辐射和吸收,是制备此波段激光器和探测器的主流材料。GaAs/AlxGa1-xAs核壳结构纳米线（CSNW）中增强的激子寿命和快速光电效应,在下一代光电器件领域展示出应用潜力。GaAs基III-V化合物的常温稳定相为闪锌矿结构,有望制备高质量的矩形结构纳米线。本文研究直角棱柱型GaAs/AlxGa1-xAs CSNW中的电子态和光吸收。首先,利用有限元差分法求解二维定态薛定谔方程,对比截面为方形和矩形的GaAs/AlxGa1-xAs CSNW中的电子态,讨论体系本征能级和本征波函数随纳米尺寸以及Al组分的变化。主要结论如下:1、方形截面CSNW中,体系的对称性使得电子的第一激发能级存在两个简并态。矩形截面情形,由于截面在xy平面内的对称性消失,导致方形截面CSNW中存在的第一激发态的能级简并消除。2、方形和矩形截面CSNW中,单独增加核和壳层厚度,或使核壳厚度等比例增大时,电子的本征能级和能级间距均减小,同时波函数峰值减小。当CSNW尺寸固定时,增大Al组分使电子能级升高,但同时,一维强束缚作用导致能级间距缩小。然后进一步利用黄金费米法则计算体系的子带间光吸收系数,探索同核、壳尺寸和Al组分对子带间光吸收系数的调制作用。结果显示:3、方形截面CSNW中,单独增加核和壳层厚度,或使核壳厚度等比例增大时,由于电子跃迁矩阵元和能级间距减小,使得电子由基态跃迁至第一激发态的一阶线性光吸收系数、三阶非线性光吸收系数和总光吸收系数均减小,同时光吸收波峰发生红移。4、当固定体系尺寸,增大组分时,电子由基态跃迁至第一激发态的一阶线性光吸收系数、三阶非线性光吸收系数和总光吸收系数增大,但光吸收波峰因为能级间距减小而发生红移。本文结论对直角棱柱型GaAs/AlxGa1-xAs CSNW光电器件的设计有参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 纳米线器件应用前景
•     1.1.1 砷化物的结构特征及纳米线器件
•     1.1.2 砷化物核壳结构纳米线中的电子态及光吸收性质
•   1.2 本文研究内容
• 第二章 理论模型
•   2.1 有限元差分法计算直角棱柱型核壳结构纳米线中的电子态
•   2.2 黄金费米法则计算直角棱柱型核壳结构纳米线中的光吸收系数
• 第三章 数值结果和讨论
• 1-x As核壳结构纳米线中的电子态'>  3.1 直角棱柱型GaAs/Alx Ga_1-xAs核壳结构纳米线中的电子态
• 1-x As核壳结构纳米线中的电子态'>    3.1.1 方形截面GaAs/Alx Ga_1-xAs核壳结构纳米线中的电子态
• 1-x As核壳结构纳米线中的电子态'>    3.1.2 矩形截面GaAs/Alx Ga_1-xAs核壳结构纳米线中的电子态
• 1-x As核壳结构纳米线中的光吸收'>  3.2 方形GaAs/Alx Ga_1-xAs核壳结构纳米线中的光吸收
•     3.2.1 不同壳核尺寸比例下的子带间光吸收系数
•     3.2.2 固定核尺寸改变壳尺寸时的子带间光吸收系数
•     3.2.3 固定壳尺寸改变核尺寸时的子带间光吸收系数
•     3.2.4 改变Al组分时的子带间光吸收系数
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩婷

导师: 屈媛

关键词: 核壳结构纳米线,电子态,光吸收系数

来源: 内蒙古大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 内蒙古大学

分类号: O471.1;TB383.1

总页数: 45

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