外场对GaInAsP/InP阶梯量子阱中电子态的影响

量子阱半导体激光器具有良好的小信号调制频率响应，可用作信息高速公路中最理想的光源，采用直接调制方式进行信号传输，因其低阈值电流、窄的光谱线宽、高的特征温度、高的量子效率和大的输出功率等优点极大地提高了光通信的传输速度和使用性能，在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景。因此，人们广泛开展了量子阱激光器件的理论和实验研究。本文在有效质量包络函数近似下用变分法研究了低维半导体量子阱结构中的电子态，主要内容包括：1.阐述了低维半导体光电子器件的发展趋势以及低维半导体光电子器件对光通信的影响，描述了低维半导体光电子器件在光通信中的一些典型应用。介绍了低维半导体材料的电子结构和性质，以及材料中掺杂的控制，并重点介绍了低维半导体量子阱结构中电子态的理论计算方法。2.在有效质量近似下，用变分法对GaxIn1-xAsyP1-y/InP单量子阱中氢施主杂质电子态进行了详细的数值计算。计算了有无杂质时的基态能量以及束缚能，并讨论了量子阱宽度、组份浓度和施主杂质的位置对氢施主杂质的影响。结果发现：计算量子阱氢施主杂质态需要选用合理的垒宽；第一激发态束缚能远远大于基态束缚能；施主杂质的基态能量随阱宽增大逐渐减小并趋于稳定；在施主杂质位于量子阱中心，且在较小的阱宽处施主杂质束缚能达到最大值。Ga与As组份变化使得量子阱的高度相应变化，从而明显的影响量子阱中氢杂质束缚能。3.研究了外加电场和阶梯阱的高度对GaxIn1-xAsyP1-y/InP阶梯量子阱中氢施主杂质电子态特性的影响。计算结果显示当施主杂质位于阶梯量子阱的中心时，束缚能达到最大值；外加电场使得电子波函数从阱中心偏移，引起束缚能的非对称分布；Ga与As组份的变化使得阶梯阱的势能高度发生变化，从而明显的影响阱中氢杂质束缚能。计算结果对一些基于半导体阶梯型量子阱的光电子器件的设计制作有一定的指导意义。4.讨论了外加磁场对GaxIn1-xAsyP1-y/InP阶梯量子阱中氢施主杂质束缚能的影响，给出了不同阶梯阱宽下氢施主杂质束缚能与施主杂质位置的关系以及与磁场强度的函数关系。结果发现阶梯阱宽较小、磁场较大且杂质位于量子阱中心时，杂质束缚能达到最大值。阶梯阱宽较大时，阶梯量子阱导带势在磁场的作用下弯曲倾斜，使得施主杂质束缚能明显增加，并在杂质位置远离阱中心处达到最大值。Ga、As组份越大、磁场越大时杂质束缚能越大。计算结果对一些基于阶梯型量子阱结构的新型磁光调制器有一定的参考价值。