耦合ZnO/MgZnO量子点中的激子态和带间光跃迁

摘要

在最近几年里，宽禁带纤锌矿半导体ZnO由于其在蓝光和紫外区域光器件的应用越来越受到人们的关注，而且在短波光学装置方面已成为最佳候选材料，比如紫外探测器、激光二极管等。本文在有效质量近似下，用变分法研究了束缚在纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO圆柱型应变耦合量子点中的激子态和发光性质。 本文第一章介绍了半导体量子点在近几十年的研究进展。第二章概括描述了II-VI族化合物半导体及ZnO的结构和基本性质。第三章介绍了计算纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO量子点激子态的理论模型。在有效质量近似下，利用变分法研究了束缚于对称ZnO/MgxZn1-xO圆柱型应变耦合量子点中的激子的结合能、带间跃迁能和电子-空穴的空间复合率。在研究的过程中，既考虑了量子点对电子和空穴的三维空间受限，又考虑了由自发极化和压电极化所引起的内建电场效应。第四章给出了计算结果，选择了合适的波函数，首先计算了纤锌矿ZnO/MgxXn1-xO量子阱的内建电场，然后研究了激子的发光性质和量子点结构参数的关系，并得到如下结果：由自发极化和压电极化引起的非常强的内建电场对量子点的发光性质有重要的影响，量子点结构参数(量子点高度和势垒层厚度)对ZnO/MgxZn1-xO耦合量子点中激子结合能、带间光跃迁能以及电子-空穴复合率有重要影响。另外，激子效应对耦合量子点的发光波长和带问跃迁能也有很明显的影响。因此，在研究量子点的发光性质时必须考虑由自发极化和压电极化所产生的强的内建电场的影响，还要重视由量子点结构参数的变化所引起的变化。第五章给出了本论文的主要结论。

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第一章 绪论

1.1半导体量子点的制备方法

1.1.1应变自组装量子点结构生长技术

1.1.2化学自组装量子点制备方法

1.1.3微结构材料生长与微细加工相结合方法

1.1.4 Zn0量子点的制备方法

1.2量子点中的激子理论

1.2.1激子概念

1.2.2半导体量子点中的激子态

1.3量子点材料的应用

1.3.1量子点激光器

1.3.2量子点红外探测器

1.3.3单电子器件

1.3.4量子计算机

第二章 Ⅱ-Ⅵ族半导体的物理性质

2.1 晶体结构

2.2 Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点的发光原理和发光特性

2.2.1发光原理

2.2.2发光特性

2.3 Zn0材料的性质

2.4异质结的概念

2.5自发极化和压电极化

第三章 理论计算模型

3.1纤锌矿结构的ZnO/MgxZnl-xO应变量子阱中的内建电场

3.1.1 ZnO／MgxZn1-xO单量子点中的内建电场

3.1.2 ZnO／MgxZn1-xO应变耦合量子点中的内建电场

3.2量子点中的单电子(空穴)态

3.2.1 ZnO/MgxZn1-xO单量子点及耦合量子点中的单电子(空穴)态

3.3 ZnO／MgxZn1-xO单量子点及耦合量子点中的激子态

第四章 耦合zno／Mgxzn1-xO量子点中的激子态和带间光跃迁

4.1耦合ZnO／Mgxzn1-xO量子点中的内建电场

4.2耦合Zno／MgxZn1-xO量子点中的激子态和带间光跃迁

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢