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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