抛物势InGaN/GaN核壳量子点中电子的带内跃迁光吸收

作     者：魏天枝 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邢雁

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：抛物势 核壳量子点 光吸收 尺寸效应 混晶效应 

摘      要：本文采用有限差分法和密度矩阵原理研究了抛物势InGaN/GaN核壳量子点（CSQD）和GaN/InGaN反核壳量子点（ICSQD）两种结构中电子的带内跃迁光吸收,详细讨论了无杂质和有杂质存在两种情形下的尺寸和混晶效应,并对两种结构的研究结果进行了分析和比较.InGaN/GaN CSQD中带内跃迁光吸收的计算结果表明:随着核半径的增加,光吸收系数的吸收峰位均呈现明显的先蓝移后红移的现象,总光吸收系数的峰值先增大后减小,而总折射率变化的峰值先减小后增大;有杂质存在时,吸收峰位的蓝移（红移）量明显增大,且杂质对总光吸收系数和折射率变化的峰值也有显著的影响.随着壳层厚度的增加和组分的减小,光吸收系数的吸收峰位均发生红移,总光吸收系数的峰值减小,总折射率变化的峰值增大;有杂质存在时,吸收光谱对壳层厚度（组分）的依赖性减小（增大）,即红移量显著减小（增大）,且总光吸收系数的峰值增大,总折射率变化的峰值减小.随着入射光强的减小和弛豫时间的增大,总光吸收系数的峰值增大,当入射光强和弛豫时间足够大时,吸收峰出现饱和吸收现象,并发生劈裂,且有杂质存在时达到饱和吸收的入射光强和弛豫时间更大.GaN/InGaN ICSQD中带内跃迁光吸收的计算结果表明:随着核半径和壳层厚度的增加,光吸收系数的吸收峰位均发生红移现象,总光吸收系数的峰值减小,总折射率变化的峰值增大;有杂质存在时,吸收峰位的红移量明显增大,且杂质对总光吸收系数和折射率变化的峰值也有显著的影响.随着组分的增加,光吸收系数的吸收峰位呈现蓝移现象,线性、非线性和总光吸收系数及折射率变化的峰值均增大;且杂质存在时,蓝移量明显增大,总光吸收系数峰值减小,总折射率变化峰值增大.总光吸收系数的峰值对入射光强和弛豫时间也有很强的依赖性,当入射光强和弛豫时间超过某一值时,吸收峰发生劈裂,且发现杂质的引入对结果影响较小.比较两种结构的计算结果可以发现:相较于GaN/InGaN ICSQD,InGaN/GaN CSQD可以吸收频率更高的光子,而ICSQD结构对入射光强和弛豫时间更为敏感.引入杂质可以使两种结构的吸收光谱均向高能方向移动,且可以明显拓宽InGaN/GaN CSQD的吸收谱范围,但对GaN/InGaN ICSQD的影响相对较小.研究结果可为GaN基量子点相关实验设计和器件制备提供理论指导.