[发明专利]基于ZnMgO/MgO/ZnO异质结材料的光电器件吸收光谱确定方法

摘要

本发明公开了一种基于ZnMgO/MgO/ZnO异质结材料的光电器件吸收光谱确定方法，主要解决现有光电器件不能在制备前测试吸收光谱的问题。其包括：1)设置ZnMgO/MgO/ZnO异质结的参数，依次计算异质结中的压电极化强度、极化电荷面密度、内建电场和体系导带带阶；2)联立计算异质结的费米能级、电子浓度和离化杂质浓度及电子波函数和量子能级；3)计算子带间跃迁光学吸收系数；4)根据1)‑3)的参数及公式计算不同Mg组分、不同势阱层厚度和不同势垒层厚度下子带间跃迁光学吸收系数，并对其拟合得到吸收光谱。本发明能在制作器件前确定其工作波段，可用于设计基于ZnMgO/MgO/ZnO异质结材料的光电器件。

主权项

1.基于ZnMgO/MgO/ZnO异质结材料的光电器件吸收光谱确定方法，其特征在于，包括如下：1)根据ZnMgO/MgO/ZnO异质结的结构和实验结果，设置结构参数和材料参数；2)根据材料参数，利用压电极化强度公式，计算得到MgO层和Zn1‑xMgxO层的压电极化强度PPE(MgO)和PPE(Zn1‑xMgxO)，并将其带入极化电荷面密度公式，得到ZnMgO/MgO界面和MgO/ZnO界面的极化电荷面密度σZnMgO/MgO和σMgO/ZnO；3)将结构参数与材料参数和压电极化强度带入内建电场强度公式，得到Zn1‑xMgxO/MgO/ZnO异质结中的势垒层内建电场F1、插入层的内建电场F2和势阱里的内建电场F3；4)选取ZnO导带的底端为势能零点，根据材料参数，通过势垒高度公式，计算得到体系导带带阶UC(z)；5)根据1)所设定的结构参数、材料参数，利用电中性条件公式，电子浓度公式和电子离化杂质浓度公式，对其联立计算后则可以获得ZnMgO/MgO/ZnO异质结的费米能级E_f，m束缚态上的电子浓度n_m和离化杂质浓度6)根据步骤3)‑5)得到的所有参数，在z方向通过迭代法联立求解如下薛定谔和泊松方程，得到Zn1‑xMgxO/MgO/ZnO异质结的电子波函数ζm(z)和量子化能级Em；7)设定MgO/ZnO量子阱的宽度L，并将步骤6)得到的量子本征波函数ζm(z)和量子化能级Em带入子带间跃迁矩阵元公式，得到子带间跃迁矩阵元Mmn；8)设定入射光光强I＝50MW/cm2和子带驰豫时间τin＝20fs，使用密度矩阵方法将1)得到的材料参数、5)得到的费米能级Ef、7)得到的子带间跃迁矩阵元Mmn和8)得到的不同入射光频率ω、设定的入射光光强I和子带驰豫时间τin带入子带间跃迁光学ITOA系数公式，得到不同入射光波长λ对应的ITOA系数α；9)对不同入射光波长λ对应的ITOA系数α进行曲线拟合仿真，得到ZnMgO/MgO/ZnO异质结的吸收光谱；10)改变ZnMgO/MgO/ZnO异质结的结构参数，重复步骤2)‑9)，得到不同Mg组分x、不同的势阱层厚度d3和不同势垒层厚度d1条件下Zn1‑xMgxO/MgO/ZnO异质结的吸收光谱。