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在二类超晶格中,电子和空穴被束缚在不同的层中,InAs/GaSb超晶格是典型的二类超晶格。近年来,二类超晶格受到了广泛的关注,其主要应用是在红外探测器上。和HgCdTe红外探测器相比,二类超晶格有俄歇寿命长,对带隙的控制更准确和均匀性好等优点。要想制成长波和甚长波红外探测器,需要增加各层的宽度,但这会导致光吸收效率的降低。这就需要在带隙和光吸收系数之间作出平衡和优化。所以,从理论上计算二类超晶格的电子结构和光学性质是非常有意义的。 在半导体的能带计算方面,有效质量方法是一个简单而有效的方法。但是,当我们用有效质量方法计算InAs/GaSb超晶格的能带时,得到的带隙比实验结果都要大,对于短周期超晶格尤其如此。在本文中,作者认为这来源于超晶格界面对称性的下降。InAs和GaSb都是闪锌矿晶体,有Td对称性,而在InAs和GaSb的界面上有C2v对称性。所以界面上的哈密顿量形式与InAs和GaSb的内部的哈密顿量形式是不同的。传统的有效质量方法没有考虑这种不同。在本文的计算中考虑了这种不同,加入了界面势并得到了以下结果: 1.计算了一系列InAs/GaSb超晶格样品的带隙,理论值与实验值符合的非常好。这充分说明了界面势的重要性。 2.进一步计算得到的样品10MLs/10MLs(ML指单层)的光学吸收系数与实验符合的也很好。 3.计算了一系列InAs/GaSb超晶格样品的吸收系数,发现InAs和GaSb的宽度对吸收系数都有影响,宽度越大,吸收系数越小。相比较而言,InAs的宽度对超晶格的吸收系数的影响更大。 InAs/GaSb/AlSb/GaSb超晶格也是二类超晶格,通常被称为M结构。和InAs/GaSb超晶格相比,M结构只是在GaSb层中加了一层AlSb,AlSb既是电子的势垒也是空穴的势垒。由于AlSb把空穴波函数挤向GaSb的两边,电子空穴波函数的重合度可能会增加,所以,和InAs/GaSb超晶格相比较,M结构的吸收系数可能会有很大的增加。在本文中,同样运用加界面势的有效质量方法,计算了InAs/GaSb/AlSb/GaSb的电子结构和光学性质,并和InAs/GaSb超晶格作了比较,得到以下结论: 1.M结构有更大的电子有效质量。 2.InAs/GaSb超晶格的价带顶可调范围很小,而M结构的价带项有大得多的可调范围。 3.M结构的光学吸收系数没有明显的提高。 虽然在吸收系数上没有明显改善,但是M结构可以用在p-π-M-n异质结中来减小InAs/GaSb超晶格探测器的暗电流。如果选择适当的M结构,并且把它适当掺杂,探测器的量子效率将和偏压无关。 这篇论文还计算了ZnO纳米线的带隙,发现当纳米线弯曲时,其带隙变小,结果与实验符合的很好。