第一章 绪论 1
1.1 半导体超晶格与量子阱的研究发展 1
1.2 半导体量子线与量子点的研究发展 5
参考文献 9
第二章 晶态半导体物理 11
2.1 晶态半导体中的电子状态 11
2.1.1 能带结构 11
2.1.2 电子能量 22
2.1.3 状态密度 24
2.2 晶态半导体中的载流子输运 25
2.2.1 载流子散射机构 25
2.2.2 载流子迁移率 30
2.2.3 载流子隧穿输运 32
2.3 晶态半导体的光吸收 34
2.3.1 本征吸收 34
2.3.2 激子吸收 36
2.3.3 杂质吸收 38
2.4 晶态半导体的光发射 40
2.4.1 半导体中的各种发光过程 40
2.4.2 直接和间接跃迁复合发光 42
2.4.3 激子复合发光 44
2.4.4 激子分子发光 46
2.4.5 施主受主对发光 47
2.4.6 非辐射复合 49
参考文献 51
第三章 低维半导体的能带结构 52
3.1 异质结的能带结构 52
3.1.1 异质结的能带特点 53
3.1.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体异质结 54
3.1.3 AlxGa1-xAs/GaAs调制掺杂异质结 55
3.1.4 GexSi1-x/Si异质结 57
3.1.5 GaN基异质结 59
3.1.6 其他异质结 60
3.2 超晶格的能带结构 61
3.2.1 Ⅲ-Ⅴ族超晶格 61
3.2.2 Ⅱ-Ⅵ族超晶格 64
3.2.3 Ⅳ-Ⅵ族超晶格 64
3.2.4 nipi掺杂超晶格 66
3.2.5 应变层超晶格 67
3.2.6 无序超晶格 69
3.2.7 有效质量超晶格 70
3.2.8 调制薄膜结构 71
3.3 量子点的能带结构 72
3.3.1 Si纳米晶粒与Si纳米线 73
3.3.2 Ge/Si量子点异质结 74
3.3.3 InAs/GaAs量子点 74
3.3.4 CdSe/HgSe/CdSe量子点 76
参考文献 77
第四章 低维半导体中的电子状态 78
4.1 量子化表面层中的电子状态 78
4.1.1 量子化表面层的形成 79
4.1.2 三角形势阱中的电子能量 80
4.2 量子阱中的电子状态 82
4.2.1 一维无限深势阱 82
4.2.2 一维有限深势阱 83
4.2.3 二维方形势阱 89
4.2.4 状态密度 90
4.2.5 电场中的量子阱 92
4.3 量子线中的电子状态 95
4.3.1 矩形截面量子线 95
4.3.2 圆形截面量子线 96
4.3.3 状态密度 96
4.4 量子点中的电子状态 98
4.4.1 箱形量子点 98
4.4.2 球形量子点 99
4.5 nipi掺杂超晶格中的电子状态 100
4.6 低维半导体中的激子状态 103
4.6.1 量子阱中的激子 104
4.6.2 量子点中的激子 107
4.6.3 Ⅱ型量子点中的激子 109
4.6.4 耦合量子点中的激子 111
参考文献 113
第五章 调制掺杂异质结中的二维电子气输运 114
5.1 电场中的二维电子气输运 114
5.1.1 二维电子气的面密度 115
5.1.2 二维电子气的散射机构 119
5.1.3 二维电子气的迁移率 123
5.1.4 Si调制掺杂异质结构的输运性质 127
5.2 磁场中的二维电子气 129
5.2.1 磁场中二维电子气的能量本征值 129
5.2.2 二维电子气的朗道能级态密度 130
5.3 整数量子霍尔效应 132
5.3.1 量子霍尔效应的实验观测 132
5.3.2 量子霍尔效应的物理起因 134
5.3.3 不同二维电子气系统的量子霍尔效应 137
5.4 分数量子霍尔效应 142
5.4.1 分数量子霍尔效应的实验发现 142
5.4.2 分数量子霍尔效应的物理内涵 144
参考文献 146
第六章 半导体超晶格中的电子隧穿输运 148
6.1 电子的隧穿输运理论 148
6.1.1 单势垒的透射概率与隧穿电流 149
6.1.2 双势垒的共振隧穿电流与传递矩阵计算 152
6.1.3 顺序共振隧穿和巴丁传递哈密顿方法 155
6.2 单势垒的隧穿特性 156
6.3 双势垒的共振隧穿特性 158
6.3.1 双势垒共振隧穿的基本原理 158
6.3.2 结构参数对共振隧穿特性的影响 159
6.4 多势垒的顺序共振隧穿特性 161
6.4.1 顺序共振隧穿的基本原理 161
6.4.2 顺序共振隧穿的输运动力学 163
6.5 异质结中热电子的实空间转移 165
6.6 量子级联结构中的隧穿输运 169
6.6.1 量子级联激光器的工作原理 169
6.6.2 量子级联激光器的载流子输运 169
6.6.3 超晶格微带输运的布洛赫增益 171
6.6.4 磁场下的超晶格微带输运 172
参考文献 174
第七章 低维量子结构中的输运现象 175
7.1 量子细线的电导特性 175
7.1.1 量子细线的一维子能带 176
7.1.2 动量弛豫时间 176
7.1.3 影响量子细线电导特性的一些物理限制 179
7.2 量子细线的电导呈量子化现象 182
7.2.1 一维导体中电子的横向运动 182
7.2.2 点接触的量子化电导 183
7.2.3 与电导量子化相关的一些物理问题 184
7.2.4 AlGaAs/GaAs量子点的量子化电导 189
7.2.5 量子细线的霍尔电导 191
7.3 零维体系的库仑阻塞现象 192
7.3.1 库仑阻塞的基本原理 192
7.3.2 单电子隧穿振荡现象 194
7.3.3 产生库仑阻塞的基本条件 195
7.3.4 串联双隧道结中的库仑阻塞 197
7.4 双量子点系统中的隧穿现象 199
7.4.1 耦合量子点中的隧穿特性 199
7.4.2 量子点分子的输运特性 201
7.5 平行晶粒之间的量子共振隧穿特性 203
参考文献 205
第八章 半导体量子阱的光学性质 207
8.1 量子阱中的二维激子特性 207
8.1.1 激子束缚能 207
8.1.2 振子强度 209
8.1.3 低温下的二维激子吸收 210
8.1.4 室温下的二维激子吸收 211
8.2 量子限制斯塔克效应 212
8.2.1 量子限制斯塔克效应的理论表述 212
8.2.2 平行量子限制斯塔克效应 215
8.2.3 垂直量子限制斯塔克效应 218
8.2.4 万尼尔—斯塔克效应 220
8.3 量子阱的光学非线性效应 222
8.3.1 二维激子的非线性吸收系数 222
8.3.2 二维激子的光学双稳现象 223
8.3.3 AlAs/GaAs量子阱的吸收饱和现象 224
8.3.4 产生非线性光学效应的物理机制 225
8.4 量子阱的发光特性 226
8.4.1 量子阱中的带间光学跃迁 226
8.4.2 几种典型量子阱的发光特性 227
8.4.3 异质结界面对量子阱发光性质的影响 234
参考文献 237
第九章 纳米半导体的光学性质 238
9.1 零维量子体系中的物理效应 238
9.1.1 量子尺寸效应 239
9.1.2 量子限制斯塔克效应 243
9.1.3 光学非线性效应 246
9.2 量子点的发光特性 248
9.2.1 量子点的发光模型 249
9.2.2 晶粒尺寸分布对发光特性的影响 253
9.2.3 量子点发光谱的多峰结构 254
9.2.4 发光峰的斯托克斯位移 258
9.3 Si基纳米结构的发光特性 260
9.3.1 Si基纳米薄膜的发光模型 261
9.3.2 掺Er的Si基纳米薄膜的发光特性 264
参考文献 269
第十章 低维半导体的磁学性质 271
10.1 低维磁性半导体结构 271
10.1.1 低维稀磁半导体结构 271
10.1.2 低维铁磁半导体结构 274
10.2 量子点中的近藤效应 277
10.2.1 近藤效应的物理描述 278
10.2.2 量子点的近藤效应 279
10.2.3 自旋磁阻现象 281
10.3 低维半导体结构的磁光效应 282
10.3.1 光学跃迁的选择定则 282
10.3.2 量子阱中二维电子体系的磁光效应 284
10.3.3 量子点中的磁光效应 288
10.4 低维半导体结构中的自旋输运 290
10.4.1 二维电子气的自旋输运 291
10.4.2 量子点的自旋输运 294
参考文献 296