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第一章绪论
第二章引言
自从开展对SK模式自组装量子点研究以来,人们对量子点中热载流子的弛豫机制进行了广泛的探讨。弄清载流子的弛豫机制对于实际应用和基础研究都是十分重要的。载流子在量子点中的弛豫,在很大程度上决定了基态的辐射复合的效率。例如,在量子点作为有源区的激光器中,要求载流子尽快地弛豫到量子点的基态;另一方面,基于量子点子带间跃迁的中远红外激光器则要求相对较慢的弛豫。因此,对于量子点中载流子的弛豫过程进行深入研究是非常有意义的。
从物理学的基本观点来看,量子点中载流子的弛豫机制与量子线、量子阱或者体材料的弛豫机制不同[2.71,这是由量子点的分立能级所导致的。同时,这种弛豫过程又受到量子点的特性以及其它的实验条件影响,其中包括量子点的能级结构、电子空穴对的互相作用(激子效应、电子声子的相互作用、量子点中载流子的个数等)。量子点的能级是一系列分立的电子和空穴能级,而在势垒之上的能级是连续的。
对于载流子,其弛豫机制可以分为以下几步:
第一步,光生载流子或者流过异质结的载流子被量子点捕获,载流子从连续能态弛豫到分立能态:第二步,载流子在量子点中分立能级间的弛豫。其中,载流子的弛豫方式可能有多种。通常人们较多提到的有以下几种:1、热载流子的辐射弛豫。载流子跃迁到低能级,同时辐射出一个中远红外的光子。量子级联激光器正是基于这种特性而设计的。2、多声子过程。热载流子弛豫到较低的能级,同时发射一个或者多个声子(包括声学声子或者光学声子)。在极性半导体中,电子和空穴与纵向光学声子〔LO)的相互作用效率很高。这种LO声子能产生的电场对带电的电子空穴非常敏感,当量子点的能级间距与一个或者几个LO声子的能量相同时,这种弛豫是相当快的。而发射声学声子的弛豫过程则相对较慢,这是由于载流子与形变势的相互作用较弱。3、载流子之间的散射,也就是俄歇过程。载流子弛豫到较低的能级,同时将能量传递给其它的载流子。当量子点捕获到多个载流子时,这种过程尤其明显。
当然人们在研究量子点的弛豫过程中还提出了许多有用的机制,我们将在2.3节详细的讨论。我们首先介绍量子点的电子态和状态密度。
第三章小结
本章从理论上着重讨论了量子点中载流子的衰减时间及上升时间随温度的变化,并把我们得到的结果与其他研究小组的结果进行了比较,得到了以下新结果:(1)获得了速率方程模型的解及其物理意义,理论上分析了高能边随温度的变化,得到了与实验结果相接近的图线,并第一次以三维图的形式给出了量子点与WL层之间的能级差对载流子的弛豫的影响,并且证明了低激发密度下载流子量子点的弛豫过程为多生子的过程。(2)我们进一步修正了速率方程模型,并将这种模型推广到了多种模式量子点的情形,并得到了与实验很接近的理论结果。进一步确认了温度对载流子转移的影响。
第四章小结
本章我们理论分析了高激发密度下载流子的动力学过程,将速率方程推广到激发密度的范畴,并且用我们推广得到的理论模型在理论上模拟了载流子光致发光的衰减时间随激发密度的变化,得到了与实验结果相接近的理论曲线。同时,我们也定性给出了理论与实验存在差别的原因。
第五章小结
本章主要介绍了温度对载流子衰减时间的影响的实验准备工作,我们用白宝石片得到了稳定的飞秒白光,并以此搭建了一套白光泵浦探测系统,为下一步的实验做了准备工作。