Hole confinement theory of delta-doping semiconductor heterostructures

Poços e super-redes delta-doping tipo são sistemas semicondutores de interesse considerável tanto para a pesquisa básica como para aplicações em dispositivos. Neste trabalho desenvolvemos um novo método para o cálculo de potenciais e estruturas de bandas deste tipo de sistemas. O método baseia-se na expansão em ondas planas da equação da massa efetiva multibandas, usa matrizes de energia cinética de qualquer tamanho e leva em conta o potencial de troca e correlação de uma maneira mais rigorosa do que em trabalhos anteriores. São calculados perfis de potencial e estrutura de minibandas e subbandas bem como a posição do nível de Fermi de uma série de poços isolados e super-redes delta-doping tipo p. São estudadas também as diferenças entre super-redes delta-doping tipo p e tipo n. A partir deste método foi desenvolvido ainda um procedimento de cálculo de espectros de fotoluminescência dos poços estudados. Este procedimento baseia-se nas forças de oscilador das transições entre os buracos confinados no interior do poço e os elétrons livres da banda de condução. Ele é utilizado para calcular funções envelope, integrais de superposição e espectros de transições diretas e indiretas. Por fim, comparamos espectros calculados teoricamente com resultados experimentais extraídos da literatura.p-type ro-doping quantum wells and superlattices are semiconductor systems of considerable interest for basic research and device applications. In this work, a method for calculating potentials and band structures of such systems is developed. The method relies on a plane wave expansion of the multiband effective mass equation, uses kinetic energy matrices of any size, and takes exchange correlation into account in a more rigorous way than this was done before. The method is used to calculate potential profiles, subband and miniband structures as well as Fermi level positions for a series of p-type delta-doping quantum wells and superlattices. The differences between n- and p-type delta-doping structures are studied. In addition to this we developed a procedure within this method to ca1culate photoluminescence (PL) spectra of the wells studied. It depends on the oscillator strength between the holes inside the wells and the free electrons on the conduction band. We use this procedure to calculate envelope functions, overlap integrals and direct and indirect transitions spectra. Finally, we compare our theoretical calculations of PL spectra with experimental results extracted from the literature