Light absorption coefficient of an ordered array of spherical quantum dot chains

Abstract

We considered intersubband electron transitions in an array of one-dimensional chains of spherical quantum dots in the GaAs/AlxGa1−xAs semiconductor system. The absorption coefficient caused by these transitions was calculated depending on frequency and polarization of incident light and on Fermi level position, and temperature. We established the existence of two maxima of the absorption coefficient at the edges of the absorption band. It is shown that the absorption coefficient reaches its maximal value at the center of the region between the s-, p-like subbands and slightly varies with temperature. The change of the direction of the linearly polarized light wave incident on the chains from perpendicular to parallel leads to a sharp narrowing of the absorption band. It is obtained that the absorption bandwidth increases with the reduction of the quantum dot radius. We also analyzed the dependence of the absorption coefficient of GaAs/AlxGa1−xAs superlattice on concentration of aluminium in the matrix.

Розглянуто мiжпiдзоннi оптичнi переходи в масивi невзаємодiючих одновимiрних ланцюжкiв сферичних квантових точок напiвпровiдникової системи GaAs/AlxGa1−xAs. Обчислено коефiцiєнт поглинання, зумовлений цими переходами, в залежностi вiд частоти та поляризацiї падаючого свiтла, залягання рiвня Фермi та температури. Встановлено наявнiсть максимумiв коефiцiєнта поглинання на краях областi поглинання в результатi мiжпiдрiвневих переходiв за встановленими правилами вiдбору та його залежнiсть вiд положення рiвня Фермi. Показано, що максимальне значення α досягається в центрi областi мiж s-, p-подiбними зонами i слабо змiнюється з температурою. При змiнi напрямку падiння лiнiйно поляризованої свiтлової хвилi з перпендикулярного 1D-НСКТ на паралельний ширина смуги поглинання рiзко зменшується. Ширина смуги поглинання також зростає i при зменшеннi радiуса КТ з одночасним зсувом її в довгохвильову область. Отримано, що коефiцiєнт поглинання не залежить вiд способу поляризацiї (лiнiйно чи циркулярно) свiтла, падаючого паралельно ланцюжку КТ, тодi як змiна напрямку поляризацiї на перпендикулярний призводить до появи квазiрезонансної смуги всерединi областi поглинання. Проаналiзовано залежнiсть вiдносного коефiцiєнта поглинання вiд концентрацiї Al в матрицi GaAs/AlxGa1−xAs.