ZnO-MgZnO單量子阱的能帶重整化研究.pdf

1、主要研究了微納結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料ZnO/MgZnO單量子阱的光學(xué)性質(zhì)，尤其是量子阱在強(qiáng)光激發(fā)下的室溫光致發(fā)光譜隨激發(fā)強(qiáng)度和阱寬的變化情況，并從中囊括出其能帶重整化與激發(fā)光強(qiáng)度以及阱寬的關(guān)系，填補(bǔ)了人們對(duì)阱寬在2倍激子波爾半徑(aB)左右的ZnO單量子阱微納結(jié)構(gòu)在強(qiáng)光激發(fā)下的能帶重整化研究的空白。這些研究成果對(duì)于ZnO基半導(dǎo)體微納光電器件的研發(fā)具一定的參考意義。
　　 本研究采用皮秒量級(jí)(25 ps)的脈沖激光激發(fā)樣品，在室溫下采用

2、多色儀對(duì)樣品的輻射光進(jìn)行測(cè)量。在激發(fā)光強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)，樣品的載流子濃度超過(guò)了Mott濃度，其發(fā)光峰的能量位置隨著激發(fā)強(qiáng)度的增大而出現(xiàn)連續(xù)的紅移，得出電子空穴等離子體輻射的能量與載流子濃度的關(guān)系。
　　 在同一量子阱的不同阱寬處，通過(guò)分析時(shí)間積分光譜的峰值位置與激發(fā)光源的能量密度以及勢(shì)阱寬度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)阱寬越大，其PL譜的紅移也越大，然而紅移量對(duì)阱寬的斜率卻逐漸減小，當(dāng)阱寬大于Zn0體材料的2aB時(shí)，紅移量隨阱寬增大逐漸呈現(xiàn)出飽和的

3、趨勢(shì)。這些現(xiàn)象揭示了量子阱的二維局域作用，阱寬越小，局域作用越強(qiáng)，電子空穴的波函數(shù)受到更大的壓縮，相應(yīng)地能帶重整化受到的影響也越大，相反的，阱寬越大，局域作用就越弱；當(dāng)阱寬在2aB左右時(shí)，量子阱的局域作用正好處于強(qiáng)弱的臨界點(diǎn)，故其能帶重整化在阱寬大于2倍激子波爾半徑左右的時(shí)候就逐漸呈現(xiàn)出飽和的趨勢(shì)。
　　 另外，通過(guò)對(duì)不同阱寬處的PL譜隨激發(fā)強(qiáng)度的變化規(guī)律進(jìn)行仔細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)，在阱寬較小處，當(dāng)激發(fā)強(qiáng)度逐漸增大時(shí)，其PL譜的峰位先向

4、低能側(cè)移動(dòng)，繼而向高能側(cè)移動(dòng)，呈現(xiàn)一個(gè)S形的變化規(guī)律。由于ZnO材料在制備過(guò)程中很容易因?yàn)楦鞣N因素造成的氧空位缺陷或氫等其他元素的摻雜，形成n型ZnO材料，故在分析其能帶重整化的過(guò)程中除了要考慮電子空穴的多體效應(yīng)帶來(lái)的能隙收縮外，還必須合理的計(jì)算n型材料在高載流子濃度下的Burstein-Moss效應(yīng)導(dǎo)致的能隙展寬。在載流子濃度超過(guò)Mott濃度而還未達(dá)到很高的濃度時(shí)，電子空穴的多體效應(yīng)起主導(dǎo)作用，這時(shí)能隙的收縮隨著激發(fā)強(qiáng)度的增大而出現(xiàn)連