温度与外磁场对Si均匀掺杂的GaAs量子阱电子态结构的影响-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 5 (2014) 057301 温度与外磁场对Si均匀掺杂的GaAs量子阱 电子态结构的影响 杨双波† (南京师范大学物理科学与技术学院, 南京 210023) ( 2013 年9 月4 日收到; 2013 年11 月22 日收到修改稿) 本文在有效质量近似下, 通过自洽地求解薛定鄂方程及泊松方程计算了在温度 K, 磁感应强度 T, Si 均匀掺杂的GaAs/AlGaAs 量子阱系统的电子态结构. 研究了温度与外磁场对子带能量, 本征包 络函数, 自洽势, 电子密度分布, 及费米能量的影响. 发现在给定磁感应强度 ̸ 0 下, 随温度升高子带能量单 调增加, 费米能量单调递减, 自洽势的势阱变深变陡, 电子密度分布变宽, 峰值降低; 在给定温度下, 随磁感应 强度的增加子带能量及费米能量单调递增, 自洽势阱变浅变宽, 电子密度分布变窄, 峰值升高. 关键词: 掺杂, 量子阱, 磁场, 电子态结构 PACS: 73.21.Fg DOI: 10.7498/aps.63.057301 的能谱将发生相当大的变化. 这个事实直接影响该 1 引 言 结构的电子学的和光学的性质. 在最近的工作27 中, 我们通过自洽地求解薛 低维半导体结构包括半导体异质结12 , 超晶 定鄂方程与泊松方程的方法研究了在温度T , 格3 4 5 6 , 量子阱 , 量子线 , 量子点 等, 它们的物 有效质量近似下, Si 均匀掺杂的GaAs/AlGaAs 量 理性质已经得到了广泛的研究. 特别是半导体量子 子阱系统的电子态结构, 研究了掺杂浓度及掺杂 阱中导带内子带间的跃迁从物理上及新器件应用 层厚度对量子阱电子态结构的影响. 由于在计算 上研究的最多. 人们提出了若干基于量子阱子带 中取温度T 的缘故, 结果应是近似的, 与温度 间跃迁的器件应用的研究计划, 并取得了可喜的成 7 8 T 的实际情况有所不同. 本文对Si 均匀掺杂 果, 如远红外光- 电探测器 , 电光调制器 , 光开 9 10 的GaAs 量子阱系统在给定量子阱宽及掺杂条件 关 , 红外激光器 等. 11 下通过自洽地求解薛定鄂方程与泊松方程的方法 半导体的掺杂 是改变半导体性能的重要 手段, 可通过半导体的掺杂有控制地改变半导体 研究了温度与外加磁场的加入和变化对电子态结 中自由载流子的密度. 因此根据需要选择掺杂材 构的影响. 发现在给定磁场B ̸ 下, 随温度的升 料1215 , 及掺杂方式1619 直接改变半导体本身 高, 本征能量上升, 费米能量下降, 自洽势阱变深 20 变陡, 电子密度峰值下降, 分布变宽. 在给定温度 的性质