溫度及載流子激發(fā)密度對(duì)量子點(diǎn)超快光致發(fā)光的影響.pdf

1、第一章緒論 第二章引言 自從開(kāi)展對(duì)SK模式自組裝量子點(diǎn)研究以來(lái)，人們對(duì)量子點(diǎn)中熱載流子的弛豫機(jī)制進(jìn)行了廣泛的探討。弄清載流子的弛豫機(jī)制對(duì)于實(shí)際應(yīng)用和基礎(chǔ)研究都是十分重要的。載流子在量子點(diǎn)中的弛豫，在很大程度上決定了基態(tài)的輻射復(fù)合的效率。例如，在量子點(diǎn)作為有源區(qū)的激光器中，要求載流子盡快地弛豫到量子點(diǎn)的基態(tài);另一方面，基于量子點(diǎn)子帶間躍遷的中遠(yuǎn)紅外激光器則要求相對(duì)較慢的弛豫。因此，對(duì)于量子點(diǎn)中載流子的弛豫過(guò)程進(jìn)行深入研究是

2、非常有意義的。 從物理學(xué)的基本觀點(diǎn)來(lái)看，量子點(diǎn)中載流子的弛豫機(jī)制與量子線、量子阱或者體材料的弛豫機(jī)制不同[2.71，這是由量子點(diǎn)的分立能級(jí)所導(dǎo)致的。同時(shí)，這種弛豫過(guò)程又受到量子點(diǎn)的特性以及其它的實(shí)驗(yàn)條件影響，其中包括量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)、電子空穴對(duì)的互相作用(激子效應(yīng)、電子聲子的相互作用、量子點(diǎn)中載流子的個(gè)數(shù)等)。量子點(diǎn)的能級(jí)是一系列分立的電子和空穴能級(jí)，而在勢(shì)壘之上的能級(jí)是連續(xù)的。 對(duì)于載流子，其弛豫機(jī)制可以分為以下幾步:

3、 第一步，光生載流子或者流過(guò)異質(zhì)結(jié)的載流子被量子點(diǎn)捕獲，載流子從連續(xù)能態(tài)弛豫到分立能態(tài):第二步，載流子在量子點(diǎn)中分立能級(jí)間的弛豫。其中，載流子的弛豫方式可能有多種。通常人們較多提到的有以下幾種:1、熱載流子的輻射弛豫。載流子躍遷到低能級(jí)，同時(shí)輻射出一個(gè)中遠(yuǎn)紅外的光子。量子級(jí)聯(lián)激光器正是基于這種特性而設(shè)計(jì)的。2、多聲子過(guò)程。熱載流子弛豫到較低的能級(jí)，同時(shí)發(fā)射一個(gè)或者多個(gè)聲子(包括聲學(xué)聲子或者光學(xué)聲子)。在極性半導(dǎo)體中，電子和空穴與

4、縱向光學(xué)聲子〔LO)的相互作用效率很高。這種LO聲子能產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)帶電的電子空穴非常敏感，當(dāng)量子點(diǎn)的能級(jí)間距與一個(gè)或者幾個(gè)LO聲子的能量相同時(shí)，這種弛豫是相當(dāng)快的。而發(fā)射聲學(xué)聲子的弛豫過(guò)程則相對(duì)較慢，這是由于載流子與形變勢(shì)的相互作用較弱。3、載流子之間的散射，也就是俄歇過(guò)程。載流子弛豫到較低的能級(jí)，同時(shí)將能量傳遞給其它的載流子。當(dāng)量子點(diǎn)捕獲到多個(gè)載流子時(shí)，這種過(guò)程尤其明顯。 當(dāng)然人們?cè)谘芯苛孔狱c(diǎn)的弛豫過(guò)程中還提出了許多有用的機(jī)制

5、，我們將在2.3節(jié)詳細(xì)的討論。我們首先介紹量子點(diǎn)的電子態(tài)和狀態(tài)密度。 第三章小結(jié) 本章從理論上著重討論了量子點(diǎn)中載流子的衰減時(shí)間及上升時(shí)間隨溫度的變化，并把我們得到的結(jié)果與其他研究小組的結(jié)果進(jìn)行了比較，得到了以下新結(jié)果:(1)獲得了速率方程模型的解及其物理意義，理論上分析了高能邊隨溫度的變化，得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相接近的圖線，并第一次以三維圖的形式給出了量子點(diǎn)與WL層之間的能級(jí)差對(duì)載流子的弛豫的影響，并且證明了低激發(fā)密度下載

6、流子量子點(diǎn)的弛豫過(guò)程為多生子的過(guò)程。(2)我們進(jìn)一步修正了速率方程模型，并將這種模型推廣到了多種模式量子點(diǎn)的情形，并得到了與實(shí)驗(yàn)很接近的理論結(jié)果。進(jìn)一步確認(rèn)了溫度對(duì)載流子轉(zhuǎn)移的影響。 第四章小結(jié) 本章我們理論分析了高激發(fā)密度下載流子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，將速率方程推廣到激發(fā)密度的范疇，并且用我們推廣得到的理論模型在理論上模擬了載流子光致發(fā)光的衰減時(shí)間隨激發(fā)密度的變化，得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相接近的理論曲線。同時(shí)，我們也定性給出了理論與