Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước giếng lượng tử lên một số tính chất quang của các vật liệu bán dẫn đa lớp (LV01989)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI PHẠM THỊ TRANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC GIẾNG LƯỢNG TỬ LÊN MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC VẬT LIỆU BÁN DẪN ĐA LỚP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI PHẠM THỊ TRANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC GIẾNG LƯỢNG TỬ LÊN MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC VẬT LIỆU BÁN DẪN ĐA LỚP Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thế Lâm HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM N hoàn thành luận v n tốt nghiệp t i tiếp thu ƣợc qu tr nh h c tập t i Trƣ ng Nh ng kết củ t i d tr n nh ng kiến thức i h c Sƣ Ph m Hà Nội t ƣợc kh ng có s nỗ l c củ thân mà có s giúp ỡ vô to lớn củ nh ng ngƣ i xung qu nh: c c qu thầy c c c nh chị i trƣớc b n bè ngƣ i thân Tôi xin gửi l i cảm ơn chân thành sâu sắc ến TS Nguyễn Thế Lâm - ngƣ i thầy tr c tiếp hƣớng dẫn giúp ỡ tận t nh tỉ mỉ chu suốt trình nghiên cứu ề tài Cuối t i xin gửi l i cảm ơn tới gi lu n b n c nh nh b n bè ngƣ i thân ộng vi n khuyến khích giúp t i th c ƣợc mục ti u ềr Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2016 Tác giả PHẠM THỊ TRANG o LỜI CAM ĐOAN T i xin c m o n kết nghi n cứu luận v n trung th c kh ng trùng lặp với c c ề tài kh c ề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước giếng lượng tử lên số tính chất quang vật liệu bán dẫn đa lớp.” ƣợc th c tác giả dƣới s chƣ hƣớng dẫn củ TS Nguyễn Thế Lâm Luận v n ƣợc công bố nơi Nếu s i t i hoàn toàn chịu tr ch nhiệm Tác giả PHẠM THỊ TRANG MỤC LỤC MỞ ẦU 1 L ch n ề tài Mục ích nghi n cứu Nhiệm vụ nghi n cứu ối tƣợng ph m vi nghi n cứu Phƣơng ph p nghi n cứu Giả thuyết kho h c óng góp củ luận v n Cấu trúc luận v n Chƣơng TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤT BÁN DẪN 1 Nghi n cứu th c nghiệm c c tính chất qu ng củ c c chất b n dẫn 1.1.1 Công nghệ chế tạo đa giếng lượng tử 1.1.2 Tính chất quang giếng lượng tử 1.1.3 Tính chất phản xạ 12 1.1.4 Kết luận 13 Nghi n cứu l thuyết c c tính chất qu ng củ c c chất b n dẫn 15 1.2.1 Tính toán cấu trúc vùng siêu mạng 15 1.2.2 Thiết lập công thức cho số điện môi 19 Chƣơng PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA CHO CÁC TÍNH CHẤT QUANG 25 Nguy n l thứ cho tính to n 25 2.1.1 Lý thuyết hàm mật độ 25 2.1.2 Định lý Hohenberg-Kohn 25 2.1.3 Phương trình Kohn-Sham 27 2.1.4 Các phương trình Kohn-Sham nguyên lý biến phân 27 2.2 Tính phổ n ng lƣợng 30 2.2.1 Gần mật độ địa phương lượng tương tác trao đổi 30 2.2.2 Thành công thất bại DFT 31 2.2.3 Công thức cho liên tục đoạn nhiệt lỗ trống trao đổi tương tác 41 2.3 Thuật to n 43 Chƣơng SỰ PHỤ THUỘC CỦA CÁC TÍNH CHẤT QUANG VÀO KÍCH THƢỚC CỦA CÁC GIẾNG LƢỢNG TỬ 45 3.1 Ảnh hƣởng ộ rộng củ giếng lƣợng tử l n c c tính chất qu ng 45 3.1.1 Mô hình giếng lượng tử cho tính toán 45 3.1.2 Quá trình tối ưu hóa cấu trúc tinh thể cho giếng lượng tử 48 3.1.3 Cấu trúc điện tử giếng lượng tử 50 Khảo s t ảnh hƣởng củ ộ sâu l n cấu trúc tính chất củ giếng lƣợng tử 59 3.2.1 Xây dựng cấu trúc giếng lượng tử 59 3.2.2 Tính toán cấu trúc điện tử giếng lượng tử 60 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 67 CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT MQW Multiple quantum well AFPQWM Asymmetric Fabry-Perot MEMS Cấu trúc giếng lƣợng tử Bộ biến ổi giếng lƣợng tử bất quantum well modulators ối xứng F bry-Perot Microelectromechanical Hệ thống vi iện tử systems DBR Distributed Bragg reflector Bộ phản x Br gg phân bố MBE Molecular beamepitaxy Chùm phân tử SEM Electron microscope Kính hi n vi iện tử quét DFT Density Functional Theory L thuyết hàm mật ộ KS Kohn and Sham Kohn Sham HF Hartree-Fock Hartree-Fock LDA Local Density Approximation Gần úng mật ộ ị phƣơng GGA Generalized gradient Gần úng biến ổi tổng qu t approximations vdW The weak van der Waals C c l c V n der W ls SIC Self-Interaction Correction Bộ chỉnh t tƣơng t c HOMO Highest Occupied Molecular Quỹ Orbital chỗ c o Lowest Unoccupied MO Quỹ LUMO o phân tử ƣợc chiếm o phân tử kh ng chiếm chỗ thấp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 ( ): Sơ củ MEMS iều chỉnh ƣợc tr n InP biến iệu giếng lƣợng tử F bry-Perot bất ối xứng (b): Ảnh SEM củ iều biến ƣợc chế t o… Hình 1.2 Chiều c o củ vi cầu (microbridge) InG AlAs (t i trung tâm cầu) hàm củ ặt vào gi tiếp xúc cầu ất (Vbridge) C c microbridge rộng mm dài 120 mm Hình 1.3 C c tính to n l thuyết ( ) kết o (b) phổ phản x từ biến iệu giếng lƣợng tử sử dụng buồng cộng hƣởng F bryPerot bất ối xứng t i vi cầu Vbridge=5 V phù hợp với c c iều kiện với buồng cho thiết bị Phổ phản x ƣợc tính to n từ c c tính to n m trận truyền với c c th ng số thiết bị ( ộ dày c c lớp bƣớc sóng giếng lƣợng tử vv) ƣợc o c ch ộc lập Hình 1.4 ( ): Phổ phản x với VQW = V VQW = 8V ộ c o vi cầu tƣơng ứng với c c iều kiện tƣơng thích cộng hƣởng (V bridge = V) (b): phổ tỷ lệ tƣơng phản (VQW biến thi n từ V V) cho ph m vi chiều c o vi cầu 10 Hình 1.5 Tỷ lệ tƣơng phản lớn o ƣợc t i bƣớc sóng x c ịnh nằm gi 1549 nm 1560 nm C c vi cầu có chiều c o kh c ƣợc y u cầu sóng kh c nh u Chú tối hó tỷ lệ tƣơng phản c c bƣớc ối với số d liệu c c iều kiện tƣơng thích cộng hƣởng t ƣợc ối với VQW ặt tr n V chút H nh vẽ r s tổn h o (hệ số phản x t i VQW = V) t i bƣớc sóng 11 H nh S phụ thuộc củ tỷ lệ phản x vào iện t vào 13 Hình 1.7 C ng suất phản x qu ng theo th i gi n với tín hiệu sóng sin MHz 0V ến 8V ặt vào VQW Vbridge = V iều kiện phù hợp cho thiết bị cho s Vbridge = V ƣợc hi n thị iều biến với ộ suy giảm c o minh h cho c c tín hiệu mà kh ng iều chỉnh cộng hƣởng thích hợp 14 H nh Cấu trúc vùng n ng lƣợng củ G As hiệu ứng lƣợng tử hó tr n i m ối xứng 21 H nh Dịch dải n ng lƣợng t i 300 K t i i m ối xứng ối với si u m ng G As-AlAs C c mức n ng lƣợng ƣợc tính to n với giả thiết tỷ lệ gi n o n vùng n ng lƣợng t i i m G 65:35 Từng mức ƣợc nh dấu với k hiệu ối xứng nhóm i thích hợp 22 H nh 10 S hấp thụ tƣơng ối củ si u m ng GaAs  Al0.5Ga0.5 As ối với phân c c song song t i 300 K C c ƣ ng liền chấmg ch tƣơng ứng c c gi trị l thuyết th c nghiệm C c mũi t n nh dấu c c vị trí so với ƣ ng cong l thuyết củ c c chuy n mức vùng lõm  , e-hh(j) tƣơng ứng với chuy n mức gi mức thứ j th củ dải lỗ trống nặng mức thứ j th củ dải dẫn thấp 22 H nh 11 S phụ thuộc cấu trúc củ c c óng góp từ miền  , X L vào phần th c củ số iện m i củ si u m ng G AsAlAs t i   1.5eV Tỷ phần mole củ AlAs cấu trúc x=0.3 a0 số m ng ƣ ng liền: vector phân c c iện trƣ ng song song với c c lớp si u m ng ƣ ng nét ứt: vector phân c c iện trƣ ng vu ng góc với c c lớp si u m ng Chú óng góp miền L ẳng hƣớng 23 H nh 12 Chiết suất ƣợc chuẩn hó củ si u m ng G As-AlAs nhƣ hàm củ tần số C c ƣ ng liền nét chấm-g ch c c gi trị phân c c song song l thuyết th c nghiệm tƣơng ứng ƣ ng cong nét ứt cho c c gi trị phân c c vu ng góc l thuyết C c mũi t n vùng lõm  lƣợng tử hó mức gi nh dấu c c vị trí củ c c chuy n mức e-hh(j) tƣơng ứng với chuy n mức thứ j th củ dải lỗ trống nặng mức thứ j th củ dải dẫn thấp 23 Hình 1.13 S phụ thuộc cấu trúc củ chiết suất ƣợc chuẩn hó t i eV ối với số cấu trúc si u m ng G As-AlAs ƣ ng liền nét nét ứt cho nh s ng phân c c song song vu ng góc với c c lớp c ch tƣơng ứng a0 số m ng C c mũi t n b n tr i củ h nh nh dấu c c vị trí củ c c gi trị th c nghiệm từ hợp kim ƣợc chuẩn hó mole x củ Al ối với c c tỷ phần ƣợc r C c tỷ phần mole ƣợc cho b n phải củ h nh thuộc ƣ ng cong phân c c song song liền kề; ó ối với phân c c vu ng góc c c tỷ phần mole r tr n h nh tƣơng ứng với c c ƣ ng cong s xếp giảm dần 24 H nh Sơ cấu trúc giếng lƣợng tử G As/AlAs 45 H nh Cấu trúc tinh th củ G As (trong ó c c nguy n tử G màu hồng c c nguy n tử As màu tím); b Cấu trúc tinh th củ AlAs (trong ó c c nguy n tử Al màu hồng c c nguy n tử As màu cam) 46 Hình 3.3 a) Cấu trúc tinh th củ G As/AlAs có ộ rộng L = ; b) Cấu trúc tinh th củ G As/AlAs có ộ rộng L =2 ; c) Cấu trúc tinh th củ G As/AlAs có ộ rộng L = 53 3.1.5 Các tính chất quang giếng lượng tử bán dẫn Với CASTEP chúng t i tính ƣợc s phụ thuộc củ hàm suy giảm vào tần số cho c c giếng lƣợng tử Khi ộ rộng L = a hàm suy giảm t ng nh nh tc c i với tần số khoảng 14 eV hàm suy giảm kh ng tần số nằm khoảng từ 11 ÷ 16 eV ( xem hình 3.8a) Khi ộ rộng L = 2a tần số suy giảm tc c i dịch chuy n phí trƣớc tần số 12 eV xuất ỉnh phụ tần số 14 eV ( xem h nh 8b) Khi ộ rộng L = 3a, tần số suy giảm tc c i dịch chuy n phí trƣớc tần số 14 eV xuất ỉnh phụ tần số 12 eV giảm m nh( xem h nh 8c) Hàm suy giảm Hàm suy giảm Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) Hàm suy giảm Tần số (eV) (c) Hình 3.8 Sự phụ thuộc hàm suy giảm vào tần số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c) 54 ộ dẫn qu ng củ c c giếng lƣợng tử ƣợc tính to n Khi ộ rộng t ng l n th c c ỉnh phụ có ộ c o t ng dần C c ỉnh phụ xuất phần th c phần ảo củ hàm ộ dẫn qu ng c c tần số gi trị c c i củ hàm dẫn qu ng hầu nhƣ kh ng phụ thuộc vào ộ rộng củ c c giếng lƣợng tử (xem h nh 9) ộ dẫn (1/fs) ộ dẫn (1/fs) Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) ộ dẫn (1/fs) Tần số (eV) (c) Hình 3.9 Sự phụ thuộc độ dẫn điện vào tần số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c) Trong phần thực biểu diễn đường màu xanh, phần ảo biểu diễn đường màu đỏ 55 Hàm iện m i củ c c giếng lƣợng tử ƣợc tính to n (xem h nh 10) Khi ộ rộng t ng l n th c c ỉnh phụ có ộ c o giảm dần C c ỉnh phụ xuất phần th c phần ảo củ hàm iện m i c c tần số gi trị c c i củ hàm iện m i hầu nhƣ kh ng phụ thuộc vào ộ rộng củ c c giếng lƣợng tử Hàm iện m i Hàm iện m i Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) Hàm iện m i Tần số (eV) (c) Hình 3.10 Sự phụ thuộc hàm điện môi vào tần số số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c) Trong phần thực biểu diễn đường màu xanh, phần ảo biểu diễn đường màu đỏ 56 Chỉ số khúc x phổ hấp thụ hệ số phản x củ c c giếng lƣợng tử ƣợc tính to n (xem h nh 11 h nh 12 h nh 13) Do ảnh hƣởng củ giếng lƣợng tử ộ rộng t ng l n th c c ỉnh phụ có ộ c o giảm dần C c ỉnh phụ xuất phần th c phần ảo củ c c hàm Chỉ số khúc x Chỉ số khúc x Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) Chỉ số khúc x Tần số (eV) (c) Hình 3.11 Sự phụ thuộc số phản xạ vào tần số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c) Trong phần thực biểu diễn đường màu xanh, phần ảo biểu diễn đường màu đỏ 57 ộ hấp thụ (cm-1) ộ hấp thụ (cm-1) Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) ộ hấp thụ (cm-1) Tần số (eV) (c) Hình 3.12 Phổ hấp thụ số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c) 58 Hệ số phản x Hệ số phản x Tần số (eV) Tần số (eV) (a) (b) Hệ số phản x Tần số (eV) (c) Hình 3.13 Sự phụ thuộc hệ số phản xạ vào tần số giếng lượng tử GaAs/AlAs tính toán theo CASTEP Giếng có độ rộng L = a (a), L = 2a (b) L = 3a (c).Tính toán CASTEP 59 3.2 Khảo sát ảnh hưởng độ sâu lên cấu trúc tính chất giếng lượng tử 3.2.1 Xây dựng cấu trúc giếng lượng tử Chúng t i sử dụng cấu trúc tinh th GaAs/ Al0.5Ga0.5 As G As/ZnSe ghép củ c c b n dẫn t o r nh ng giếng lƣợng tử với ộ sâu kh c nh u Với số m ng a = b = 0.65 Å c = 4a Góc gi c c trục α = β =γ = 900 (xem hình 3.14) (a) (b) Hình 3.14 a, Cấu trúc giếng lượng tử GaAs/ Al0.5Ga0.5 As (L = 2a) Trong nguyên tử As màu nâu, nguyên tử Ga màu xanh tím nguyên tử Al màu tím hồng b, Cấu trúc giếng lượng tử GaAs/ZnSe (L = 2a) Trong nguyên tử As màu nâu, nguyên tử Ga màu xanh tím nguyên tử Zn màu xanh nguyên tử Se màu vàng cam 60 Hợp chất Al0.5Ga0.5As b n dẫn có ộ rộng vùng cấm 2.1 eV Hợp chất ZnSe b n dẫn có ộ rộng vùng cấm eV Từ m h nh thứ (xem h nh 14a) cấu trúc ghép G As/Al0.5Ga0.5As t có giếng lƣợng tử với ộ sâu E = 34 eV Từ m h nh thứ h i (xem h nh 14b) cấu trúc ghép G As/ZnSe t có giếng lƣợng tử với ộ sâu E = 0.64 eV 3.2.2 Tính toán cấu trúc điện tử giếng lượng tử Bằng CASTEP chúng t i tính to n ƣợc cấu trúc iện tử cho c c giếng lƣợng tử G As/Al0.5Ga0.5As G As/ZnSe Từ cấu trúc iện tử củ giếng GaAs/Al0.5Ga0.5As (xem hình 3.15a) t thấy có khe n ng lƣợng thẳng Eg = 049 eV t i i m G Trong giếng lƣợng tử G As/ZnSe kh ng tồn t i khe n ng lƣợng n (xem h nh 15b) N ng lƣợng (eV) N ng lƣợng (eV) (a) (b) Hình 3.15 a, Cấu trúc điện tử GaAs/ Al0.5Ga0.5 As khe lượng Eg =0.049 eV, tính toán theo CASTEP b Cấu trúc điện tử GaAs/ZnSe khe lượng, tính toán theo CASTEP 61 KẾT LUẬN S u nghi n cứu th c nghi m chế t o c c giếng lƣợng tử công nghệ l thuyết c c phƣơng ph p tính to n cấu trúc iện tử tính to n mật ộ tr ng th i c c tính chất qu ng củ hệ… kết hợp với phần mền tính to n CASTEP chúng t i - t ƣợc số kết s u: xây d ng ƣợc m h nh giếng lƣợng tử G As/AlAs với ộ sâu E = 0.37 eV c c ộ rộng củ giếng kh c nh u lần lƣợt L = a, L = 2a L = 3a với a = 6.5 A0 số m ng trung b nh cho tính to n cấu trúc iện tử mật ộ tr ng th i c c tính chất qu ng củ c c giếng - tính to n ƣợc cấu trúc iện tử củ c c giếng lƣợng tử G As/AlAs với ộ sâu E = 0.37 eV c c ộ rộng củ giếng kh c nh u lần lƣợt L = a, L = 2a L = 3a Từ c c cấu trúc iện tử r ƣợc vị trí ộ rộng củ c c khe n ng lƣợng - tính to n ƣợc mật ộ tr ng th i củ c c giếng lƣợng tử G As/AlAs với ộ sâu E = 0.37 eV c c ộ rộng củ giếng kh c nh u lần lƣợt L = a, L = 2a L = 3a Từ c c thị có th tính ƣợc ộ rộng vùng cấm cho c c giếng lƣợng tử - khảo s t ƣợc c c tính chất qu ng nhƣ: phổ hấp thụ hệ số phản x số phản x hàm iện m i hệ số suy giảm… củ c c giếng lƣợng tử G As/AlAs với ộ sâu E = 0.37 eV c c ộ rộng củ giếng kh c nh u lần lƣợt L = a, L = 2a L = 3a Từ c c phổ tính to n ƣợc t thấy có s xuất củ c c ỉnh phụ c c ỉnh rõ ộ rộng củ c c giếng lƣợng tử t ng dần - xây d ng ƣợc m h nh giếng lƣợng tử G As/Al0.5Ga0.5As với ộ sâu E = 0.34 eV ộ rộng củ giếng L = 2a m h nh giếng lƣợng tử 62 GaAs/ZnSe với ộ sâu E = 0.64 eV ộ rộng củ giếng L = 2a, cho tính to n cấu trúc iện tử củ c c giếng lƣợng từ - tính to n ƣợc cấu trúc iện tử củ c c giếng lƣợng tử G As/ Al0.5Ga0.5As với ộ sâu E = 0.34 eV ộ rộng củ giếng L = 2a cấu trúc iện tử củ c c giếng lƣợng tử G As/ ZnSe với ộ sâu E = 0.64 eV ộ rộng củ giếng L = 2a Từ c c cấu trúc iện tử r ƣợc vị trí ộ rộng củ c c khe n ng lƣợng cho giếng G As/ Al 0.5Ga0.5As r s kh ng tồn t i củ khe n ng lƣợng ối với giếng lƣợng tử G As/ ZnSe Khảo s t s phụ thuộc củ c c tính chất qu ng vào ộ sâu củ giếng chƣ ƣợc th c luận v n Song từ c c m h nh củ c c giếng lƣợng tử với c c ộ sâu kh c nh u nhƣ G As/AlAs G As/ Al 0.5Ga0.5As G As/ ZnSe với CASTEP chúng t có th dễ dàng th c ƣợc c c khảo s t Việc khảo s t s phụ thuộc củ c c tính chất qu ng vào ộ sâu củ giếng hƣớng ph t tri n củ ề tài tƣơng l i 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]B.R Nag;in: HJ Queisser (Ed.), Electronic Transport in Compound Semico nductors, Vol 11, Springer, New York p.52 (1980) [2] D F Blossey, A comprehensive study of electric field effects on optical absorption, Phys Rev B 10, 3976 (1970) [3] D J Ben Daniel and C B Duke, Space-Charge Effects on Electron Tunneling, Phys Rev 152, 683 (1966) [4] D Vakhshoori, P Tayebati, C.-C Lu, M Azimi, P Wang, J.-H Zhou, and E Canoglu, mW CW single-mode operation of a tunable 1550 nm vertical cavity surface emitting laser with 50 nm tuning range, Electron Lett (35), 900–901 (1999) [5] G A Sai-Halasz R Tsu and L Esaki, A new semiconductor superlattice, Appl Phys Leu 30 (12), 651-653 (1977) [6] G L Christenson, A T T D Tran, Z H Zhu, Y H Lo, M Hong, J P Mannaerts, and R Bhat, Long-Wavelength Resonant Vertical-Cavity LED/Photodetector with a 75-nm Tuning Range, IEEE Photon Technol Lett (9), 725–727 (1997) [7] H Liu, C C Lin, and J S Harris, High-speed, dual-function vertical cavity multiple quantum well modulators and photodetectors for optical interconnects, Opt Eng (40), 1186–1191 (2001) [8] H Mohseni, W K Chan, H An, A Ulmer, and D Capewell, Tunable surface-normal modulators operating near 1550 nm with a highextinction ratio at high temperatures, IEEE Photon Technol Lett (18), 214–216 (2006) [9] J M Ziman, Models of Disorder, Cambridge University Press Cambridge, (1977) 64 [10] K B Kahen and J P Leburton, General theory of the tranverse dielectric constant of III-V semiconducting compounds, Phys Rev B 32, 5177-5184 (1985) [11] M H M Reddy, T Asano, R Koda, D A Buell, and L A Coldren, Molecular beam epitaxy-grown Al-GaInAs/InP distributed Bragg reflectors for 1.55 µm VCSELs, Electron Lett (38), 1181–1182 (2002) [12] M Shinada and S Sugano Interband Optical transitions in extremely anisotropic semiconductor, J Phys Soc Japan 21, 1936 (1966) [13] M Whitehead, A Rivers, G Parry, J S Roberts, and C Button, Lowvoltage multiple quantum well reflection modulator with on-off ratio greater than 100:1, Electron Lett (25), 984–985 (1989) [14] P G Goetz, R Mahon, T H Stievater, W S Rabinovich, and S C Binari, High-Speed Large Area Surface-Normal Multiple Quantum Well Modulators, Free-Space Laser Comm & Active Laser Illumination III, D G Voelz and J C Ricklin, eds., pp 346–354 (2004) [15] Q Chen, G D Cole, E S Bjorlin, T Kimura, S Wu, C S Wang, N C MacDonald, and J Bowers, First demonstration of a MEMS tunable vertical-cavity SOA, IEEE Photon Technol Lett (16), 1438–1440 (2004) [16] R Bassani and G P Parravicini, Electronic States and Optical Transitions in Solids, Pergamon Press Oxford, 1975 [17] R.G Parr and W Yang, Density Functional Theory of Atoms and Molecules, (Oxford University Press, New York, 1989).General introduction to DFT [18] R I Killey, C P Liu, M Whitehead, P Stavrinou, J B Song, J S Chadha, D Wake, C C Button, G Parry, and A J Seeds, MultipleQuantum-Well Asymmetric Fabry-Perot Modulators for Microwave Photonic Applications, IEEE Trans Microwave Theory Tech (49), 1888–1892 (2001) 65 [19] R L Greene K K Bajaj, Energy levels of Hydrogenic impurity in GaAs-Ga1-xAlxAs quantum well structure, Solid state commun, Vol 45, 825 (1983) [20] R.M Dreizler and E.K.U Gross, Density Functional Theory, SpringerVerlag, Ber lin(1990).More formal and deeper approach to DFT [21] R N Pathak, K W Goossen, J E Cunningham, and W Y Jan, InGaAsInP (MQW)-N Surface-Normal Electroabsorption Modulators Exhibiting Better Than 8:1 Contrast Ratio for 1.55 µm Applications Grown by Gas-Source MBE, IEEE Photon Technol Lett (6), 1439– 1441 (1994) [22] Robert A Morgan, Leo M F Chirovsky, and Ronald E Leibenguth, Resonant tunneling in thin-barrier multiple-quantum-well electroabsorption modulators, Journal of the Optical Society of America B, Vol 9, Issue 6, pp 858-864, (1992) [23] S J B Yoo, M A Koza, R Bhat, and C Caneau, 1.5 µm asymmetric Fabry-Perot modulators with two distinct modulation and chirp characteristics, Appl Phys Lett (72), 3246–3248 (1998) [24] T H Stievater, D Park, M W Pruessner, W S Rabinovich, S Kanakaraju, and C J K Richardson, A microelectromechanically tunable asymmetric Fabry-Perot quantum well modulator at 1.55 µm, Optics Express, Vol 16, Issue 21, pp 16766-16773, (2008) [25] T H Stievater, W S Rabinovich, P G Goetz, R Mahon, and S C Binari, A Surface-Normal Coupled-Quantum-Well Modulator at 1.55 Microns, IEEE Photon Technol Lett (16), 2036–2038 (2004) [26] W S Rabinovich, P G Goetz, R Mahon, L Swingen, J Murphy, M Ferraro, J H Ray Burris, C I Moore, M Suite, G C Gilbreath, S Binari, and D Klotzkin, 45-Mbit/s cat’s-eye modulating retroreflectors, Opt Eng (46), 104001 (pages 8) (2007) 66 [27] W S Rabinovich, T H Stievater, N A Papanicolaou, D S Katzer, and P G Goetz, Demonstration of a micro-electromechanical tunable asymmetric Fabry-Pérot quantum well modulator, Appl Phys Lett (83), 1923–1925 (2003) [28] Y C Chang and J N Shulman, Interband optical transitions in GaAsGa1−xAlxAs and InAs-GaSb superlattices, Phys Rev B 37, 2069 (1985) [29] Y Ding, R M Brubaker, D D Nolte, M R Melloch, and A M Weiner, Femtosecond pulse shaping by dynamic holograms in photorefractive multiple quantum wells, Opt Lett (22), 718–720 (1997) 67 PHỤ LỤC PHẦN MỀM CASTEP - Là phần mềm dùng tính to n tính chất củ vật liệu tính chất củ c c hệ lƣợng tử - Thiết lập c c file ầu vào thỏ m n iều kiện tuần hoàn b chiều c c th ng số c c phƣơng ph p tính… - Tính toán theo c c th ng số d kiến [...]... iện tử theo chiều này thƣ ng bị lƣợng tử hó và làm cho c c tính chất qu ng th y ổi - d o n và giải thích ƣợc s xuất hiện củ một số yếu tố mới tính chất qu ng củ c c giếng lƣợng tử b n dẫn t i l ch n ề tài nghi n cứu là: Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước giếng lượng tử lên một số tính chất quang của các vật liệu bán dẫn đa lớp. ” 2 Mục đích nghiên cứu -D o n ƣợc một số c c th y ổi trong c c tính chất. .. khi th y ổi một số th ng số củ giếng lƣợng tử nhƣ ộ sâu và ộ rộng củ giếng - Giải thích ƣợc s th y ổi trong c c tính chất qu ng củ một số giếng chất b n dẫn 3 Nhiệm vụ nghiên cứu + Xây d ng m h nh c c giếng lƣợng tử b n dẫn lo i G As/AlG As m phỏng + Khảo s t c c tính chất qu ng củ một số giếng lƣợng tử b n dẫn tr n m h nh tính to n d o n tính chất mới 2 + Giải thích s xuất hiện củ c c tính chất mới 4... iện tử +D o n c c tính chất qu ng củ vật liệu b n dẫn lớp và s phụ thuộc củ c c tính chất này vào kích thƣớc củ giếng lƣợng tử 8 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở ầu kết luận và tài liệu th m khảo luận v n b o gồm b chƣơng: Chương 1: Tính chất qu ng củ c c chất b n dẫn Chương 2: Phƣơng ph p m h nh hó cho c c tính chất qu ng Chương 3: Kết quả và thảo luận 3 Chương 1 TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤT BÁN DẪN... Tính chất quang của các giếng lượng tử Bƣớc sóng (nm) Hình 1.3 Các tính toán lý thuyết (a) và kết quả đo (b) phổ phản xạ từ bộ biến điệu giếng lượng tử sử dụng buồng cộng hưởng Fabry-Perot bất đối xứng tại một vi cầu Vbridge=5 V phù hợp với các điều kiện với buồng cho thiết bị này Phổ phản xạ được tính toán từ các tính toán ma trận truyền với các thông số thiết bị (độ dày các lớp, bước sóng giếng lượng. .. TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤT BÁN DẪN 1.1 Nghiên cứu thực nghiệm về các tính chất quang của các chất bán dẫn 1.1.1 Công nghệ chế tạo của đa giếng lượng tử ặt một bộ iều biên giếng lƣợng tử trong một buồng F bry-Perot bất ối xứng cho phép tỷ lệ tƣơng phản c o hơn ng k so với bộ iều biên giếng lƣợng tử với bề mặt phẳng truyền thống Tuy nhi n bộ iều biên giếng lƣợng tử với buồng F bry-Perot bất ối xứng ặt... và phạm vi nghiên cứu + Nghi n cứu c c tính chất qu ng một số giếng lƣợng tử b n dẫn thuộc lo i: G As/AlG As + Khảo s t ảnh hƣởng củ ộ sâu ộ rộng củ c c giếng lƣợng tử lên c c tính chất qu ng củ nó 5 Phương pháp nghiên cứu + Phƣơng ph p nghi n cứu lí thuyết + Phƣơng ph p m h nh hó 6 Giả thuyết khoa học + Nghi n cứu ƣợc th c hiện tr n c c tinh th b n dẫn l tƣởng 7 Đóng góp của luận văn + Tính to n ƣợc... nghi n cứu và t m r c c vật liệu qu ng mới và c c l thuyết mới giúp sớm ƣ c c vật liệu này vào ứng dụng chế t o r nh ng thiết bị có chức n ng ặc biệt tốt - Do s ph t tri n củ c ng nghệ mới gần ây c c vật liệu lớp bắt ầu ƣợc chế t o và chúng xuất hiện một số tính chất mới cần phải nghi n cứu và giải thích - Vật liệu lớp từ c c chất b n dẫn h nh thành c c giếng lƣợng tử theo chiều xắp xếp củ c c lớp Chuy... hóa của một siêu mạng GaAs-AlAs như một hàm của tần số Các đường liền nét và chấm-gạch là các giá trị phân cực song song lý thuyết và thực nghiệm, tương ứng, và đường cong nét đứt cho các giá trị phân cực vuông góc lý thuyết Các mũi tên đánh dấu các vị trí của các chuyển mức vùng lõm  lượng tử hóa e-hh(j) tương ứng với một chuyển mức giữa mức thứ j th của dải lỗ trống nặng và mức thứ j th của dải dẫn. .. (metallic micromachining) 1.2 Nghiên cứu lý thuyết về các tính chất quang của các chất bán dẫn 1.2.1 Tính toán cấu trúc vùng của siêu mạng Trong các si u m ng chu kỳ lớn nh ng th y ổi có tính chu kỳ củ khe n ng lƣợng gây r s gi m cầm h t tải ở c c mức n ng lƣợng thấp hơn Chúng t giải thích cho s gi m cầm h t tải này bởi s lƣợng tử hó củ thành phần z củ vectơ sóng k cái mà nó t o r một hàm sóng si u m ng có... phụ thuộc cấu trúc của chiết suất được chuẩn hóa tại 1.5 eV đối với một số cấu trúc siêu mạng GaAs-AlAs Đường liền nét và nét đứt là cho ánh sáng phân cực song song và vuông góc với các lớp, một cách tương ứng, và a0 là hằng số mạng Các mũi tên ở bên trái của hình đánh dấu các vị trí của các giá trị thực nghiệm từ hợp kim được chuẩn hóa đối với các tỷ phần mole x của Al đã được chỉ ra Các tỷ phần mole