半导体量子点系统拉曼散射的理论研究

论文摘要

随着金属有机物化学气相沉积、分子束外延等现代技术和工艺的发展,各种形状的低维半导体结构,如量子阱,量子线,量子点等都可以通过实验生长出来.由于在低维结构中载流子的运动在空间受到封闭性限制,从而使其有着与三维体材料非常不同的物理内涵和十分丰富的光学现象和效应。低维结构在未来的各种半导体光电和微电子量子器件的设计和制造中具有十分重要的应用价值,为此,人们迫切需要了解这类体系的电子、声子等各方面的物理特性。拉曼散射,由于其具测量方便、快捷、对样品无损伤等优点,已经成为研究低维半导体结构的最有效手段之一。通过对散射带频移、线宽、散射强度和偏振等的研究,拉曼散射已成为精确地获取低维半导体结构中电子和声子等微观信息的强有力工具。本文从理论上研究了柱形量子点量子阱和球形量子点中的一阶拉曼散射,全文由五章组成。第一章,绪论.简述半导体低维结构的一般特点;介绍拉曼散射理论及其研究现状.第二章,研究柱形量子点量子阱中的电子拉曼散射。采用有效质量近似及量子力学二阶微扰理论,推导了该系统电子拉曼散射微分散射截面的表达式,给出了散射过程的选择定则,获得了一系列丰富的拉曼散射光谱,分析了不同散射配置微分散射强度随阱宽的变化关系。第三章,研究半导体自由球形量子点中SO声子和LO声子参与的一阶拉曼散射。采用Fr(o)hlich(佛洛利希)电子—声子相互作用.运用量子力学含时微扰理论推导了微分散射截面表达式。给出了选择定则,揭示了微分散射截面与量子点尺寸、声子模量子数的变化关系,分析了不同材料声子对微分散射截面的贡献。第四章,研究半导体有限深球形量子点中的IO声子和LO声子参与的一阶拉曼散射的微分散射强度与量子点半径、声子模量子数变化关系,分析了不同尺寸量子点的声子模特点,给出了跃迁选择定则。第五章,总结全文主要计算结果及研究结论,指出不足之处并作出展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低维半导体材料
• 1.2 低维系统的拉曼散射
• 1.3 本文研究工作概要
• 第二章 柱形量子点量子阱中的电子拉曼散射
• 2.1 引言
• 2.2 柱形量子点量子阱中的电子态
• 2.3 微分散射截面
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 自由球量子点中的一阶声子拉曼散射
• 3.1 引言
• 3.2 系统的哈密顿量
• 3.3 微分散射截面和选择定则
• 3.4 计算结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 有限深球量子点的声子拉曼散射
• 4.1 引言
• 4.2 电子-声子相互作用哈密顿
• 4.3 微分散射截面
• 4.4 计算结果与分析
• 4.4.1 GaAs/AlAs量子点
• 1-xAl_xA_s量子点'>4.4.2 GsAs/Ga_1-xAl_xA_s量子点
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 附录A 跃迁矩阵元的计算
• eF（ω_i）|i>的计算'>§A.1 球量子点拉曼散射入射光场跃迁矩阵元eF（ω_i）|i>的计算
• 参考文献
• 在学期间发表的论文及完成的工作
• 致谢