ZnO/Zn1-xMgxO非对称双量子阱中电子的带间跃迁光吸收及折射率变化

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本文考虑内建电场的作用,计入能带弯曲因子的影响,运用有限差分法自洽求解薛定谔方程和泊松方程,得到纤锌矿ZnO/Zn1-xMgxO非对称双量子阱系统中电子(空穴)的能级和波函数.进一步,运用费米黄金法则求得电子带间跃迁的线性和非线性光吸收系数及折射率变化,并讨论三元混晶和尺寸效应,及入射光强对其的影响.  首先,简要介绍量子阱相关问题的研究历史和发展现状.着重阐述ZnO/MgZnO单阱和双阱中电子带间跃迁光吸收系数及折射率变化的研究进展.  针对存在的问题,给出本文的理论模型,通过计算获得数值解并对其进行讨论.结果显示,由于ZnO/Zn1-xMgxO耦合双量子阱的内建电场可达到MV/cm量级,致使系统对混晶组分和尺寸的调节作用较为敏感.当左阱宽度较小和中间垒厚较大时,双阱以及电子空穴波函数的耦合作用增强,电子与空穴波函数的空间分离减小,分布与同一阱中;在系统尺寸一定的情况下,势垒高度和内建电场均随着Mg组分的增加而增大,导致电子和空穴间能级差变大,吸收系数及折射率变化发生蓝移且峰值均减小;随着中间垒厚度的增加,相应峰值减小且发生红移;随着右阱宽度的增大,相应峰值先增后减且发生红移.此外,入射光强度可调节光吸收系数及折射率变化,随着入射光强的增加,光吸收系数及折射率变化的峰值均减小.本文结果可为相关实验提供理论指导.
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