GaN基量子結構的非線性光學性質

《GaN基量子結構的非線性光學性質》是依託河南師範大學，由夏從新擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：GaN基量子結構的非線性光學性質
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：夏從新
• 依託單位：河南師範大學

項目摘要

寬禁帶直接帶隙氮化物半導體異質結構在當代半導體光電子學和電子學的研究中占有民頁充灶重要位置。實驗和理論研究表明在其異質結構中存在高達幾個MV/cm數量級的強內建電場。因此，GaN基量子結構對電子、空穴整騙拔的空間受限作用和強內建電場引起的電子、空穴空間分離這一對相互矛盾的因素共同制約著基於GaN基量子結構的光電子器件的性能。在過去幾年，人們對GaN基量子結構中的電子及光學性質進行了廣泛研究，但對GaN基量子結構的雙光子和多光子吸收及相關非線性光學性質的理論研究還相對較少。本課題主要從理論方面研究GaN基量子結構的雙光子和多光子吸收及相關非線性光學性質，探討量子結構對電子、空穴的空間受限作用和強內建電場引起的電子、空穴空間分離這一對相互矛盾的因素對 GaN基量子結束殼抹構的煮射擊頸非線性光吸收及相關光學性質的影響。期望通過本課題的研究加深對GaN基量子結構的非線性光學性質的理解，並能對相關物理實驗提供理論依據。

結題摘要

申請人及項目團隊成員自該項目在2009年9月立項以來，嚴格按照項目申請書的研究計畫，並結合國內外對GaN基量子結構的最新實驗結果，在有效質量近似下研究了GaN基量子結構中的電子態和非線性光學性質。經過項目組人員的共同努力，圓滿地完成該項目的研究目標，解決了相關的科學問題，取得了犁組阿超出預期的研究成果。其相關成果已在Applied Physics Letters, Journal of Applied Physics 等國際SCI源期刊上發表學術論文27篇。其主要成果表現在：首先運用電動力學理論，在一定的邊界條件下推導出纖鋅礦GaN基單量子阱，耦合量子阱及步階量子阱等異質結構中壘層和阱層中內建電場的大小和方向，分析了GaN基量子結構的結構參數對由自發和壓電極化引起的內建電場的影響。數值結果顯示了當壘層厚度大於8nm時，壘層厚度對阱中的內建電場和電子態的影響是不明顯的；對於耦合量子結構，結果顯示了由於內建電場的影響，當兩個量子結構之間的壘層厚度小於約3nm 時，耦合作用對電子態起著重要的作用。研究結果還顯示了內建電場空間分離了量子結構中的電子和空穴態，激子效應減弱，振子強度、光吸收強度和有效帶隙降低，光吸收的閾值發生紅移，改變GaN基量子結構的光躍遷選擇規律。同時給出了半導體量子結構中雙光子吸收的理論推導、數值結果和物理意義分析。其結果顯示了無論光極化的方向如何，電場均降低雙光子吸收的強度和閾值，且雙光子吸收的台茅閾值均為有效帶隙的一半。而且也顯示了在受限較強的量子點中的雙光子吸收光譜有著更明顯的振盪，而在量子阱和量子線中，當電場沿著不受限方向時，非線性光譜有明顯的振盪周期。上述部分理論成果和實驗結果符合較好，解釋了當前有關對GaN基量子阱和量子點中帶間光躍遷和光學性質實驗現象，也為相關物理研究和光電子器件的製備提供了理論的基礎。 通過該青年基金項目的研究，理解了GaN基量子結構中的結構參數對極化場和光學性質的影響規律，對GaN基量子結構在光電子學和器件套用領域存在的難點和舟趨婚重點問題有了更清楚的認識。通過該項目的研究，培養了8位優秀的碩士研究生，如參與項目的曾在平同學的畢業論文被評為2011年度河南省優秀碩士畢業論文且順利進入希臘University of Patras攻讀博士學位。同時該項目的研究也拓寬了項目團隊成員的研究視野，積累了科研經驗。