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物理学报 2008年第11期57卷 7228-7232页

作者：宋建军张鹤鸣戴显英胡辉勇宣荣喜西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

基于k.p理论框架,通过引入应变哈密顿微扰项,详细推导并建立了应变Si的价带色散关系模型.所得模型适用于任意晶向弛豫Si1-xGex(0≤x≤0.6)衬底上生长的应变Si,并且,通过该模型可以获取任意k矢方向的应变Si价带结构及空穴有效质量,对器... 详细信息

基于k.p理论框架,通过引入应变哈密顿微扰项,详细推导并建立了应变Si的价带色散关系模型.所得模型适用于任意晶向弛豫Si1-xGex(0≤x≤0.6)衬底上生长的应变Si,并且,通过该模型可以获取任意k矢方向的应变Si价带结构及空穴有效质量,对器件研究设计可提供有价值的参考.

关键词：应变Si k.p理论色散关系

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应变Ge/Si_(1-x)Ge_x价带色散模型

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物理学报 2012年第13期61卷 387-393页

作者：戴显英杨程宋建军张鹤鸣郝跃郑若川西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

基于k.p微扰理论,通过引入应变哈密顿量作为微扰,建立了双轴应变Ge/Si_(1-x)Ge_x价带色散关系模型.模型适于任意晶向弛豫Si_(1-x)Ge_x虚衬底上的应变Ge价带结构,通过该模型可获得任意k方向应变Ge的价带结构和空穴有效质量.模型的Matla... 详细信息

基于k.p微扰理论,通过引入应变哈密顿量作为微扰,建立了双轴应变Ge/Si_(1-x)Ge_x价带色散关系模型.模型适于任意晶向弛豫Si_(1-x)Ge_x虚衬底上的应变Ge价带结构,通过该模型可获得任意k方向应变Ge的价带结构和空穴有效质量.模型的Matlab模拟结果显示,应变Ge/Si_(1-X)Ge_x价带带边空穴有效质量随Ge组分的增加而减小,其各向异性比弛豫Ge更加显著.本文研究成果对Si基应变Ge MOS器件及集成电路的沟道应力与晶向的设计有参考价值.

关键词：应变Ge 价带结构 k.p理论色散关系模型

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低维半导体材料光吸收性质的理论研究

低维半导体材料光吸收性质的理论研究

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作者：黄蓉厦门大学

学位级别：硕士

低维材料由于其晶体和电子结构的独特性展现出非常奇特的物理性质,二维材料和二维拓扑绝缘体就是其中两类重要的材料。二维材料具有广泛的材料特性,不同层数和组成的二维材料能够利用范德瓦尔斯键组合在一起,这些特性使得各种二维材料... 详细信息

低维材料由于其晶体和电子结构的独特性展现出非常奇特的物理性质,二维材料和二维拓扑绝缘体就是其中两类重要的材料。二维材料具有广泛的材料特性,不同层数和组成的二维材料能够利用范德瓦尔斯键组合在一起,这些特性使得各种二维材料在纳米光子器件中具有重要的作用。二维拓扑绝缘体在拓扑相变发生后,将会形成独特的能带结构,如具有Dirac点,存在边缘态等等,这些改变将会令其产生奇特的输运性质,而受能带结构影响的光学性质也将发生很大的变化。本文聚焦在低维材料的光学性质,用k.p理论对低维材料包括HgCdTe/CdTe量子阱为代表的二维拓扑绝缘体和一般二维材料的光吸收性质进行了研究。论文分为以下五章:第一章介绍了典型二维材料以及二维拓扑绝缘体的相关研究背景。第二章介绍了 k.p有效质量理论,并分别使用费米黄金定则和密度矩阵方程推导了光吸收系数的表达式。第三章采用kane八带k.p模型,对电场驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变及其相变前后的光吸收性质进行了研究,并使用Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）模型对吸收系数进行了解析计算和分析。八带数值计算结果表明,在电场能够驱动Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱拓扑相变后继续增大电场,其能带可变为墨西哥帽形状,联合态密度将会增强,导致光吸收相比于无电场时显著增强。这个结果与解析计算得到的结果吻合。对于平行界面偏振光（TE）吸收曲线在带边还形成了双峰的结构。这个结果对于新型红外光电探测器,激光器以及频率选择器等量子阱器件的研究和设计具有指导意义。第四章通过引入一个一般的二带k.p有效哈密顿量,研究了一般二维材料的光吸收性质及其普适性,证明了在各向同性二维系统的三种情况下,即（ⅰ）零质量;（ⅱ）导带和价带与较远带的耦合几乎相等;（ⅲ）零带隙,其直接带边吸收系数具有普适性。然而,对于一般的二维材料,由于它的值依赖于入射光频率和能带参数,所以其光吸收系数将会变得非普适。对于这些情况,我们研究了吸收系数对各种能带参数的依赖关系,包括带隙、较远带耦合、带间各向异性和能带扭曲。有趣的是,我们发现了相干带间耦合和能带扭曲是导致鞍点型范霍夫奇点的主要原因,它的出现将会导致二维材料强烈的光-物质相互作用。第五章是对本文的总结和展望。

关键词： k.p理论 Hg1-xCdxTe/CdTe量子阱二维材料光吸收

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高性能带间级联激光器的计算与优化

高性能带间级联激光器的计算与优化

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作者：杜超超浙江大学

学位级别：硕士

带间级联激光器在军事和民用上具有重要的应用价值。传统GaInSb/InAs/GaSb结构的有源区多量子阱的光学增益相对较小,特别的在高温强电场的特殊环境下,光学增益会进一步减小。本文对最新提出的GaAsSb/InAs/InGaAs Ⅱ型W型多量子阱结构进... 详细信息

带间级联激光器在军事和民用上具有重要的应用价值。传统GaInSb/InAs/GaSb结构的有源区多量子阱的光学增益相对较小,特别的在高温强电场的特殊环境下,光学增益会进一步减小。本文对最新提出的GaAsSb/InAs/InGaAs Ⅱ型W型多量子阱结构进行了增益特性的计算,提出了采用优化算法对多量子阱结构进行设计,得到了最佳的增益结果。主要研究工作如下:(1)当有源区量子阱二维载流子浓度保持在1.5 × 1012cm-2,并处于常温无电场的条件下,我们采用k.p理论,计算了载流子波函数,导带和价带中的局域载流子密度,色散曲线和带间跃迁强度,得到了动量矩阵元和光学增益(TE模式和TM模式)谱。(2)研究了电场、温度和应变对有源区多量子阱光学增益的影响。施加电场会破坏原有的边带结构对称性,影响波函数重叠效果,导致光增益强度衰弱。温度的降低可以使得导带与重空穴之间能发生的子带跃迁波矢范围扩大,从而有效促进该结构光学增益的提升。在施加约2Gpa的面外拉伸应力时,该结构能得到最大的光学增益,而施加面外压缩应力会让该结构的光学增益持续减小。(3)采用Adagrad算法、Adam算法和BFGS算法优化了多量子阱结构。在不加电场的情况下,Adam算法设计的对称GaAsSb/InAs/InGaAs多量子阱厚度分别是2.84,1.76和9.96nm,增益强度为6792cm-1,比原先经验设计方案高出约1900cm-1。在施加75kV/cm的外部电场下,Adagrad算法设计的非对称多量子阱厚度分别是5.62,2.73,1.02,3.28和2.57nm,增益强度为5839cm-1,比原先经验设计方案高出约2400cm-1,这有效抑制了电场带来的增益衰减。(4)为进一步分析带间级联激光器中一个超晶格的运转机制,研究了一般Ⅱ型量子阱的带间隧穿特性。验证了交错生长的AlSb/GaSb结构有效阻止有源区带来的电流泄露,分析了电子态和空穴态的能级如何随半导体材料层的不同组合而变化。结果表明,在四层Ⅱ型异质结构中,要完成完全隧穿,势阱层和势垒层的厚度呈一定的负相关关系;而在五层Ⅱ型对称异质结构中,要完成完全隧穿,势阱层和势垒层的厚度呈一定的正相关关系。

关键词： k.p理论带间跃迁光增益带间隧穿优化算法

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窄禁带半导体pb1-xSnxTe的带间磁光光谱及其能带参数的研究

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Journal of Semiconductors 1988年第1期 7-14页

作者：甘舒,陈辰嘉,王维卿北京大学物理系北京大学物理系华北光电技术研究所

用选支连续CO2激光器为光源,首次对x=0.2 组分的n型pb1-xSnxTe 单晶进行了法拉第构象下圆偏振光的磁光反射光谱的测量.样品温度在10—50k范围内,磁光反射谱的振荡峰值对应L1～6价带到L36＇导带朗道能级间的跃迁. 采用k.p微扰理论模型,... 详细信息

用选支连续CO2激光器为光源,首次对x=0.2 组分的n型pb1-xSnxTe 单晶进行了法拉第构象下圆偏振光的磁光反射光谱的测量.样品温度在10—50k范围内,磁光反射谱的振荡峰值对应L1～6价带到L36＇导带朗道能级间的跃迁. 采用k.p微扰理论模型,用上述峰位,经过拟合计算得到了该模型下此x值处能带边有效质量、g因子、各向异性因子、能隙等参数.结果发现,远带对有效质量贡献较大,特别是对纵向有效质量的贡献可达到30％,并带来一定程度的导带、价带不对称.相比之下,远带对g因子则影响很小.x=0.2时各向异性因子为10的量级,并随能隙而变化,远带作用使它有所降低.

关键词：窄禁带半导体磁光效应带间跃迁能带参数 k.p理论

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