2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：超晶格量子阱的光學(xué)性質(zhì)

超晶格量子阱的光學(xué)性質(zhì)超晶格量子阱的光學(xué)性質(zhì)吸收光譜實(shí)驗(yàn)激子光譜激子的飽和吸收室溫?zé)晒馓匦猿Ц窆鈱W(xué)性質(zhì)的研究除了傳統(tǒng)上的意義之外，超晶格的光吸收譜，熒光發(fā)射譜、激發(fā)譜、光反射譜、拉曼光譜等是研究超晶格電子結(jié)構(gòu)的主要手段，特別是光譜研究所揭示的超晶格量子阱新穎的光學(xué)性質(zhì)，為新器件原理提供了有效的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2吸收光譜實(shí)驗(yàn)

阱寬l=400nm，量子效應(yīng)消失，對應(yīng)于GaAs的本征吸收光譜；阱寬l=21nm和14nm，量子效應(yīng)顯示出來，這些峰為電子從價(jià)帶束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶束縛態(tài)所對應(yīng)的吸收。Dingle等研究了上述量子阱中電子從價(jià)帶束縛態(tài)躍遷到導(dǎo)帶束縛態(tài)時(shí)對應(yīng)的光吸收實(shí)驗(yàn)。3

重、輕空穴激子GaAs/Al0.2Ga0.8As量子阱中不同阱寬下激子吸收光譜。l表示GaAs阱寬，T=2K。隨阱寬的減少呈現(xiàn)臺(tái)階形的吸收譜，阱寬為400nm時(shí)階消失。4激子光譜

和體材料相比，量子阱的激子光譜有明顯不同的特征：（1）在低溫下量子阱的光譜中自由激子的吸收和熒光占主導(dǎo)地位。（2）按照簡單的理論分析，輕重空穴各自形成獨(dú)立的子帶。（3）激子的束縛能和玻爾半徑將受阱寬Lz、電子和空穴勢阱的深度（?Ec和?Ev）的影響。（4）室溫下在量子阱吸收光譜中也能看到很強(qiáng)的激子吸收峰。5激子的飽和吸收當(dāng)光強(qiáng)比較小的時(shí)候，一般物體的光吸收系數(shù)和光強(qiáng)無關(guān)，稱之為線性光學(xué)吸收。當(dāng)光強(qiáng)較大的時(shí)候，吸收系數(shù)可能隨著光強(qiáng)的增加而減小，出現(xiàn)了光吸收的飽和現(xiàn)象，稱之為非線性吸收。GaAs/AlGaAs多量子阱中的激子飽和吸收6室溫?zé)晒馓匦杂捎诹孔酉抻蜃饔茫弘娮?空穴的復(fù)合發(fā)光效率顯著提高電子-空穴易形成激子發(fā)光藍(lán)移應(yīng)用：利用MQW結(jié)構(gòu)，可制備波長可調(diào)（尤其是藍(lán)光或紫外波長）和高效發(fā)光的LED和LD7GaAs/Ga0.67Al0.33As多量子阱室溫下的PL光譜GaN多量子阱藍(lán)色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖e-lhe-hh8超晶格和量子阱器件量子阱激光器光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件量子阱超晶格光電接收器9量子阱激光器具有量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(DH)相比，具有閾值電流密度低、量子效應(yīng)好、溫度特性好、輸出功率大、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長、激射波長可以更短等等優(yōu)點(diǎn)。目前，量子阱已成為人們公認(rèn)的半導(dǎo)體激光器發(fā)展的根本動(dòng)力。量子阱激光器發(fā)展歷程直腔面發(fā)射LD新型的量子阱激光器主要應(yīng)用與研究進(jìn)展1011巨磁電阻（GMR）材料——磁量子阱圖7Fe/Cr多層膜的GMR（4.2K）效應(yīng)12圖8巨磁阻磁頭13人造原子結(jié)構(gòu)1996年