掺杂二维半导体量子阱

摘要： 我们提出了一项关于n型掺杂二维（2D）及准二维半导体光吸收的理论研究，该研究考虑了光生激子通过以下机制与费米海（FS）电子的相互作用：(i)泡利阻塞、(ii)库仑屏蔽、(iii)费米海电子-空穴对激发——本文限定为单对激发。因此所研究的系统由一个激子加上零个或一个费米海电子-空穴对构成。在低掺杂情况下，体系基态主要由"三子-空穴"（即与费米?？昭ㄈ踅岷系乃葱缱蛹蛹鄞昭ü钩傻娜?，含少量激子成分）组成。由于三子与光子的耦合较弱，最低吸收峰强度较低；随着掺杂浓度增加，因双粒子与四粒子态间耦合增强导致激子成分增多，该峰强度随之上升。当掺杂进一步增加时，费米海电子的泡利阻塞作用使三子-空穴复合体的束缚减弱且能量升高，此时下峰主要源自被费米海电子-空穴对修饰的激子（即激子极化子）。因此n型掺杂半导体量子阱的吸收光谱呈现两个显著峰，其最低峰本质随掺杂增加从三子-空穴转变为激子极化子。我们的研究还明确了实验观测到的三子-空穴峰与激子极化子峰之间能隙随掺杂增加而增大的物理机制——该现象甚至在反交叉效应出现前就已发生。