低维半导体量子结构中氢施主杂质电子态的研究-通信与信息系统专业论文.docxVIP

曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”） 本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《低维半导体量子结构中 氢施主杂质电子态的研究》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博 士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不 包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人 承担。 作者签名： 日期： 曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 （根据学位论文类型相应地在“□”划“√”） 《低维半导体量子结构中氢施主杂质电子态的研究》系本人在曲阜师范 大学攻读博士□/硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。 本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位 的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅 和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文， 可以公开发表论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 摘 摘 要 I I 摘 要 随着半导体纳米技术的发展，人们可以制备出各种类型和形状的二维量子阱、一维量 子线、零维量子点等低维量子结构。由于低维纳米结构材料与块体材料相比因其独特的光、 电特性，使得低维半导体器件和功能材料在光通信等诸多领域都具有潜在的应用前景。 本文在有效质量包络函数近似下采用变分法研究了低维半导体纳米结构中的电子态， 主要研究内容如下： 1. 简单地介绍了低维半导体材料的有关概念和低维半导体的主要类型, 给出了几种 具体的低维半导体材料的外延生长方法，列举了几种可应用于光通信中的半导体器件。 2. 在有效质量包络函数近似下，我们用变分法研究了对称双量子阱 GaN/AlxGa1-x N 异 质结构中氢施主杂质的基态束缚能，计算结果表明，当双量子阱中间势垒宽度一定时，随 着阱宽的增大束缚能先是逐渐增大直到达到一个极大值，然后开始逐渐减小。在量子阱宽 度一定时，随着中间垒宽度的增加束缚能逐渐减小，并在中间势垒宽度增加到一定宽度时 双量子阱情况与单量子阱情况相似，束缚能不再发生明显变化。与此同时，我们研究了加 入电场后异质结构的电子态。加入电场后异质结构导带势能发生了明显的倾斜。由于导带 势能的变化从而影响了异质结构其他性质的变化。 3. 研究了有无外加电场时对称双量子线异质结构中 Gax In1?x As / Ga0.20 In0.80 As0.44 P0.56 氢 施主杂质的电子态。结果表明，加入电场后双量子线导带势能发生了明显的变化。为了更 好地了解该异质结构的性质，分别计算了加入电场和未加电场两种情况下束缚能和波函数 随施主位置变化的关系，同时还研究了量子线中间势垒层宽度一定时束缚能随量子线直径 变化关系以及量子线直径一定时束缚能随量子线势垒宽度的变化关系。当量子线直径为定 值其势垒宽度达到一定值时，束缚能发生明显的变化，这是因为当量子线势垒宽度足够大 时，双量子线之间的耦合作用较小，从而其性质类似于单个量子线。最后，研究了在量子 结构一定时加入不同电场强度时施主杂质分别在左量子线中心、中间势垒中心、右量子线 中心时束缚能的变化。 4. 我们在有效质量包络函数近似下用变分法研究了 Gax In1?x As / Ga0.20In0.80 As0.44P0.56 量子点中类氢施主杂质的电子态。随着施主位置的变化束缚能关于异质结构中心对称，先 增大并在达到一个峰值时开始减小。计算出了杂质的基态束缚能以及杂质的前四个能级， 发现杂质的能级随着量子点直径的增加而减小。类氢施主杂质的位置和量子点尺寸对束缚 能都有较为明显的影响。其中，氢施主杂质的束缚能不是量子点直径的单调函数，而是先 增加至一最大值后开始逐渐减小。 关键词：低维半导体材料；氢施主杂质；变分法；电场；打靶法 A Abstract II II Abstract With the development of the semi-conductive nano-technology, it is possible to fabricate various kinds of two-dimensional quantum well (QW), one-dimensional quantum well wire (QWW), zero-dimensional quantum dot (QD). Low-dimensional semiconductor materials have sparked a worldwide interest due to