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近年来,半导体量子线的光谱学特性从实验和理论研究上均取得较大进展。研究者已制备出矩形、T型、V型截面的量子线。实验结果表明,半导体量子线激光器相对于目前较为成熟的半导体量子阱激光器具有低阈值、高增益等先进特性。虽然半导体量子线的研究已经有一定基础,但是由于其载流子处于受限的环境,其受光激发特性仍然有待进一步的研究。
相比二维结构的半导体量子阱,准一维系统的半导体量子线中的载流子问的相互作用因很强的量子限域效应而加强。在半导体研究中,载流子之间的库仑相互作用带来了复杂的多体效应,例如能带重整化、光吸收增强等效应。当受激产生的电子.空穴气体浓度较低时,电子-空穴间的库仑作用较强,二者结合形成激子-中性的准粒子;当受激产生的电子-空穴气体浓度较高时,库仑作用被带电载流子自身所屏蔽,强度大为减弱而无法束缚电子-空穴,形成电子-空穴等离子体。在本论文中,我们关注光激发的一维半导体量子线的量子限域效应及多体效应对其光学性质的影响。我们采用有限温度格林函数方法研究了T型半导体量子线和矩形量子线的动态屏蔽效应。为了研究电子-空穴等离子体引起的动态屏蔽效应,本文采用了动态屏蔽库仑势计算了T型半导体量子线和矩形量子线中的载流子自能。本论文的工作主要包含以下几方面:
1.分别利用准静态PPA理论和动态PPA理论讨论了T型量子线和矩形量子线中电子、空穴的自能及其对量子线截面尺度的依赖关系。
2.比较T型量子线和矩形量子线电子和空穴的重整化能带。讨论截面形状对量子线能带的影响。
经过数值计算,我们可以得到以下几个结论:
1.证实了准一维体系具有很强的量子限域效应,显著增强了载流子间的有效库仑作用。受到电子问强烈散射的影响,动态屏蔽导致了电子能带重整化及寿命的很大变化。
2.我们发现动态屏蔽效应对空穴的影响较小。这是由于空穴具有较大的有效质量,不会发生强烈的散射。
3.截面面积相同的T型半导体量子线和矩形半导体量子线的有效库仑势、电子和空穴的能带上都存在差异,表明半导体量子线的截面形状会对量子线的光谱学性质产生影响。