含耦合双量子阱的半导体微腔的透射谱.PDF

　第 19 卷第 5 期　　　　　　　　半　导　体　学　报　　　　　　　　 . 19, . 5　 V o l N o 　1998 年 5 月　　　　　　 　　　　　 　 , 1998　 CH IN ESE JOU RNAL O F SEM ICONDU CTOR S M ay 含耦合双量子阱的半导体微腔的透射谱 王文利　姬　扬　郑厚植 ( 中国科学院半导体研究所　北京　100083) 摘要　本文从基本的光跃迁理论出发, 用半经典的线性色散模型, 计算了双量子阱耦合情况下 - 2 - 1 微腔透射谱. 计算结果表明, 当吸收系数取 2 ×10 nm 时, 在微腔的透射谱上能看到三个很 高的透射峰, 并且峰的线宽要窄于冷腔透射峰的线宽. 这是由于耦合激子态与微腔光场的强耦 合相互作用引起的. PACC: 4250, 7135, 7136 1　引言 随着分子束外延( ) 和金属有机化合物汽相淀积( ) 等微结构生长技术的发 M BE M OCVD 展, 人们可以制备出尺寸可以和电子的费米波相比拟的半导体低微结构, 它们和大块材料的 光学性质相比已表现出很大的不同. 进一步用微腔来选择光电磁场模, 实现电子体系与微腔 的强耦合相互作用, 从而导致了半导体微腔物理的出现和发展. 早在原子物理中人们把受激 原子放到腔长只有毫米量级的金属平板谐振腔中, 研究原子与腔内真空电磁场之间的强耦 合相互作用, 揭示出一系列重要的新现象: 例如微腔对受激原子自发辐射的抑制或增强, 原 子与微腔中光场耦合的R ab i 分裂 R 和振荡等等. 在 1992 年W eisbuch [ 1 ] 首先在半导体平 面微腔中观察了光和激子耦合相互作用引起的R ab i 分裂, 证实R ab i 分裂的大小取决于激 子与微腔光场的耦合强度. 并且用 Zhu [ 2 ] 提出的半经典线性色散模型解释了实验结果. 在讨论分离量子阱与微腔光场强耦合相互作用的基础上, 我们进一步研究耦合双量子 阱与微腔的相互作用. 一方面双量子阱中阱间电子态的耦合将导致对称与反对称态劈裂 ( SA S = E A S - E S ) , 随着 SA S 与R ab i 分裂 R 相对大小的变化, 可以预计腔量子电动现象将 表现出新的特性. 另一方面, 利用电场作用下的空间间接激子是探索在微腔中实现激子玻色 凝聚可能性的一种重要实验方案. 因此, 在本篇文章中, 我们将从最基本的光跃迁理论出发, 来计算耦合双量子阱情况下微腔的透射谱, 并且给出计算结果的物理含义. 2　耦合双阱下微腔透射谱的计算 为了计算微腔的透射谱, 我们用了 Zhu 提出的半经典的线性色散模型, 即微腔可认为 王文利　女, 1969 年出生, 博士后, 当前从事专业: 半导体微腔物理 姬　扬　男, 1971 年出生, 博士, 当前从事专业: 半导体低维物理 郑厚植　男, 1942 年出生, 研究员, 中国科学院院士 收到,定稿 386 　　　　　　　　　　　　　　　半　导　体　学　报　 19 卷 是一个简单的 腔, 而激子吸收对微腔的影响将看作是对微腔介质折射率的影 Fab ry Pero t 响, 这时微腔的透射系数可写为: ( t1 t2 ) 2 e- a l