量子阱、超晶格中的电子态课件.ppt

中国科学院半导体 研究所 其中 中国科学院半导体 研究所 将空穴波函数按柱Bessel函数展开， 其中总角动量J=L+1/2，k是量子线z方向的电子动量，knL=?nL/R，?nL是Bessel函数JL(x)的第n个零点，R是量子线半径。归一化常数 中国科学院半导体 研究所 3.1.2 有效质量参数的确定 目前一些常用的III-V族化合物的有效质量参数都能查到，但有些钎锌矿结构的II-VI族化合物，特别是氮化物和ZnO的有效质量参数还不确定。所以我们从计算它们的能带出发，求得有效质量参数。设有AB化合物，取A原子和B原子的原子经验赝势形状因子为 利用形状因子，用平面波展开方法计算AB的能带。通过与实验及以前理论结果的比较，可确定A和B的赝势参数v1－v4。再用这组参数计算导带低和价带顶附近的能带，从而定出电子有效质量m?，和空穴有效质量参数L、M、N、R、Q、S、T和A。 材料尺寸效应及其相关科学问题 — 材料生长部分 背景 1. 纤锌矿结构半导体能带结构的计算 经验赝势方法 原子赝势形状因子 0.0081 3.451 0.0081 3.451 ZnO -0.2 6.28 -0.2 6.2 AlN 0.022 3.503 0.0205 3.5 GaN 0.029 3.91 0.0291 3.9084 ZnS 0.040 1.9815 0.0398 1.9811 CdSe 0.028 2.6047 0.0281 2.6053 CdS ?c(eV) Eg(eV) ?c(eV) Eg(eV) 实验值 理论值 能带计算的理论值和实验值 中国科学院半导体 研究所 2、电子和空穴的有效质量参数的确定 无自旋轨道耦合时，纤锌矿结构半导体空穴有效质量哈密顿量 中国科学院半导体 研究所 价带顶附近能带赝势计算和有效质量理论计算的比较 中国科学院半导体 研究所 中国科学院半导体 研究所 3.2 理论计算结果 3.2.1 ZnO量子线的电子结构和光学性质 图10是半径为R=3nm的ZnO量子线电子态能量作为k的函数。基态是n=1，L=0的正负自旋简并态，激发态依次为L=?1和L=?2的四重简并态。电子态能量与k2成正比。 中国科学院半导体 研究所 图11是半径为R=3nm的ZnO量子线J=1/2空穴态能量作为k的函数。基态是n=1，L=?1，基函数是X+和X-，所以是间接跃迁，在低温下有暗激子效应。有2类空穴子带，一类随k变化缓。主要基函数是(X?iY)，与k的关系是~Nk2。第2类随变化快，主要基函数是Z，与k的关系是~Tk2。因为TN，所以随k变化快。 中国科学院半导体 研究所 量子线应该比量子球、量子椭球有更强的线偏振效应。考虑了介电效应以后，偏振方向沿z和x方向的发光强度分别为 线偏振因子 * * 中国科学院半导体 研究所 半导体纳米晶体的电子结构与光学性质 夏建白 张秀文 朱元慧 中国科学院半导体研究所 中国科学院半导体 研究所 一、引言 二、半导体量子球和量子椭球的电子态和光学性质 2.1 有效质量理论模型 球形、椭球形、外电场、外磁场、窄禁带8带模型 2.2 理论结果和讨论 CdSe和InAs的量子球、量子椭球 三、半导体量子线的电子态和光学性质 3.1 量子线的有效质量理论模型 3.2 理论结果和讨论 ZnO和GaN的量子线 四、小结 中国科学院半导体 研究所 一、引言 半导体纳米晶体是纳米材料的一个重要组成部分，纳米结构的电子和光子器件将成为下一代微电子和光电子器件的核心。为此首先要研究纳米晶体电子态的性质。 中国科学院半导体 研究所 1.1、纳米晶体的生长 量子椭球的TEM像。椭球直径为4.2nm，A-C样品的长度分别为11，20和40nm。D-E分别为3个样品的吸收和荧光谱。 中国科学院半导体 研究所 1.2、物理性质 与量子球相比，量子柱最大的特点是能发出线偏振光，具有更广阔的应用前景。例如：作为激光器，可以增加功率效率和减小阈值电流。将它们同方向地排列在平板上可制作偏振光发射二极管和平板显示器。 室温下从单个量子柱上测